Способ переработки птичьего помета с получением удобрения Российский патент 2024 года по МПК C05F3/00 C05F17/00 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при получении и применении органоминерального удобрения на основе, например, птичьего и в первую очередь куриного помета в лесном и сельском хозяйстве.

Известен способ переработки куриного помета путем его складирования в бурты на открытых площадках, обработку биопрепаратом («Тамир», «Кюссей») и его распределение в массе путем перемешивания совместно с наполнителем (торф, опилки и т.п.), последующее перемешивание буртов 1 раз в неделю и выдержку в течение 1 месяца (Звездин В.В., Гусельников П.Н., Чугулаев Ф.К. Ускоренная утилизация куриного помета и получение на его основе высококачественных удобрений методом биологической обработки // Достижение ЭМ - технологии в России. М.: ЭМ - корпорация, 2004 г.).

Недостатками известного способа являются длительность технологического процесса, высокие затраты на переработку, необходимость создания условий для разогрева содержимого бурта, т.е. возможность переработки только в летний период, загрязнение окружающей природной среды выбросами загрязняющих веществ от открытых площадок.

Известен также способ переработки куриного помета с получением удобрения, включающий смешение куриного помета с минеральной составляющей – карбонатно-глинисто-кремнисто-цеолитовой породой, которая предварительно высушивалась при температуре 100-200 С⁰ в течение 0,5-1,5 часов (гранулы с размером не более 1,0-2,0 мм и затем смешивали с куриным пометом в соотношении 2:1-1:3 (патент России 2351576, 2009).

Однако этот способ переработки птичьего помета технологически трудоемок и требует значительных энергозатрат (сушка при температуре 100-200 С° в течение 0,5-1,5 часов, размер зерен наполнителя минеральной составляющей не более 2.0 мм). При этом само удобрение содержит большую часть инертной минеральной примеси (2:1 - 1:3), что отрицательно сказывается на потребительских свойствах органоминерального удобрения- снижает его эффективность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки куриного помета с получением удобрения на основе куриного помета, при котором свежий куриный помет смешивают с влагопоглощающим материалом – опилом (стружкой) лиственных пород и стимулятором ферментации (компостирования), в качестве которых используются почвенные микроорганизмы: Trichoderma viridas (1,5∙10^-4 КОЕ/см³), Azobacter chroococcum (2∙10^-5 КОЕ/см³), Azomonas agilis (4,3∙10^-5 КОЕ/см³) взятых в соотношении 1:1:2 (патент России 2612911, 2017). Количественно: куриный помет : опил или стружка 1:2 и последующая аэрация смеси в течение 5-7 суток. Предлагаемый способ имеет ряд недостатков, затрудняющих его практическую реализацию:

- использование только свежего куриного помета и содержание в удобрении значительного количества инертного наполнителя (опил, стружка);

- наличие в составе композиции древесного опила (стружки) в значительных количествах не способствует увеличению рН среды, являющегося необходимым условием ферментации;

- наличие в составе свежего куриного помета антибиотиков и гормональных препаратов, используемых на птицефабриках, отрицательно сказывается на ферментации, в результате чего процесс ферментации занимает 14-20 суток в благоприятных условиях (летний период времени).

Задачей данного изобретения является возможность круглогодичной переработки птичьего помета с обеспечением высокой производительности процесса за счет сокращения временных затрат на производство органического удобрения при одновременном улучшении потребительских свойств получаемого удобрения.

Технический результат достигается тем, что заявляется способ переработки птичьего помета с получением удобрения, включающий получение смеси из птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и стимулятора ферментации с последующей аэрацией приготовленной смеси, отличающийся тем, что в качестве стимулятора ферментации используют предварительно ферментированный птичий помет той же птицефабрики, который получен путем смешения свежего птичьего помета с целлюлозосодержащим наполнителем, взятым в количестве 5-20 мас.% от массы свежего птичьего помета, с последующей аэрацией полученной смеси в течение не более 400 часов, смешение птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и предварительно ферментированного птичьего помета ведут в реакторе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

целлюлозосодержащий наполнитель, в пересчете на абс.сухой 5-10 предварительно ферментированный птичий помет в пересчете на абс.сухой 5-20 птичий помет с относительной влажностью 65-75% - остальное

В качестве целлюлозосодержащего наполнителя используют например, воздушно сухой или предварительно подсушенный опил или стружку лиственных, хвойных пород или их смеси. Целлюлозосодержащий наполнитель выполняет функцию влагопоглощающего инертного наполнителя и структурирует смесь для проведения ферментации птичьего помета с получением предварительно ферментированного птичьего помета. Предпочтительно использование опила или стружки лиственных пород, т.к. в лиственных породах отсутствуют смолистые вещества, которые замедляют процесс ферментации. Вместе с тем, в случае использования опила или стружки только хвойных пород в заявляемом способе сокращается продолжительность ферментации птичьего помета по сравнению с прототипом.

Аэрацию птичьего помета как для приготовления предварительно ферментированного птичьего помета, так и при приготовлении органического удобрения проводят известными способами путем пропускания через ферментируемую массу птичьего помета воздуха, предпочтительно с расходом 60 литров воздуха на 1 кг птичьего помета в час при температуре окружающей среды 15- 25С.

Заявляемый способ осуществляют в реакторе, который может быть установлен стационарно на специализированных предприятиях или может быть установлен в местах складирования птичьего помета для переработки его на месте складирования (хранения). Проведение процесса ферментации в реакторе позволяет обеспечить возможность утилизации выделяющегося аммиака, возможность контроля и управление процессом ферментации.

Процесс ферментации как при получении предварительно ферментированного птичьего помета, так и конечного продукта ферментации (органического удобрения) ведут при температуре рабочего помещения 15⁰С- 25⁰С. Окончание процесса ферментации контролируют по снижению температуры в ферментируемой массе до 25⁰ -30⁰С.

В качестве стимулятора ферментации используют предварительно ферментированный птичий помет той же птицефабрики, взятый в количестве 5-20 мас.% от массы птичьего помета, а процесс ферментации птичьего помета для получения предварительно ферментированного птичьего помета осуществляют совместно с целлюлозосодержащим наполнителем, взятым в количестве 5-20 мас.% от массы птичьего помета.

При получении органического удобрения в процессе основной ферментации, целлюлозосодержащий наполнитель вводят в количестве 5-10 мас.% от массы птичьего помета.

Заявляемый способ позволяет круглогодично перерабатывать птичий помета, обеспечивая высокую эффективность и производительность процесса за счет снижения продолжительности ферментации при одновременном повышении эффективности получаемого органического удобрения, обеспечивающего интенсивный прирост корневой и наземной частей растений.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения и рисунками.

На Фиг.1 показана схема установки (реактора) для ферментации птичьего помета.

На Фиг. 2 показаны графики, иллюстрирующие процесс ферментации птичьего помета с получением предварительно ферментированного птичьего помета.

Для проведения процесса ферментации птичьего помета может быть использован реактор, представленный на Фиг. 1, где 1-воздушный компрессор, 2- подводящий гибкий шланг, 3- реактор, 4- рН-метр, 5,6-термометры, 7-влагомер, 8-гибкий шланг для отвода конденсата и газов, 9,10 – сосуды с поглотительным раствором, 11 - соединительные шланги.

В реактор 3 помещают равномерно перемешанную смесь из 1 кг птичьего помета (относительной влажностью 65-75%) предварительно нагретого до температуры 20±1 С⁰. Для приготовления ферментируемой смеси берут целлюлозосодержащий наполнитель- опил либо стружку лиственных (береза, осина, тополь), хвойных пород (сосна) или их смесь в количестве 5-10% от массы птичьего помета для структурообразования массы с целью оптимизации условий аэрации воздухом и снижения влажности исходного птичьего помета. Добавляют 5-20% от массы птичьего помета предварительно ферментированного птичьего помета той же птицефабрик, полученного ферментацией при тех же температурных условиях и условиях аэрирования в аналогичном реакторе.

Предварительно ферментированный птичий помет (ФП) получали из птичьего помета той же птицефабрики путем аэрации смеси птичьего помета и опила лиственных и/или хвойных пород, взятых в количестве 5-20 мас.% (в пересчете на абс.сух. вещество) от массы птичьего помета, взятого при относительной влажности 65-75 мас.%, при расходе воздуха 60 литров/кг птичьего помета в час при температуре рабочего помещения, предпочтительно, около 20⁰С. Процесс ферментации показан на графиках на Фиг. 2, из которых видно, что процесс ферментации начинался через 180-200 часов от начала процесса аэрации вне зависимости от породы древесных опилок или стружки, а через 240-280 часов от начала процесса достигал температуры 58-63С⁰ за счет саморазогрева в результате протекания процесса ферментации. Снижение температуры до 25-30°С происходит за счет завершения процесса ферментации и составляло не более 400 часов. Дополнительно окончание процесса ферментации контролируется путем измерения количества выделяющегося аммиака. Полученный таким образом предварительно ферментированный птичий помет использовали в качестве стимулирующей добавки в примерах по заявляемому изобретению.

Для приготовления удобрения смесь свежего птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя, предварительно ферментированного птичьего помета (ФП), приготовленную в реакторе 3, подвергают аэрации воздухом из расчета 60 литров/кг помета в час. В процессе ферментации постоянно контролируют температуру, pH среды, содержание аммиака, образующегося в процессе ферментации. Газообразный аммиак улавливают 1N раствором соляной кислоты и пересчитывают в количество азота. Продолжительность процесса ферментации в зависимости от условий и состава ферментируемой массы составляла 205-410 часов, температура ферментируемой массы 58-60 C°.

Процесс ферментации заканчивали, когда аммиак переставал выделяться и температура в реакторе снижалась до 30°С. Данные по примерам конкретного выполнения представлены в таблице 1.

Также проведена ферментация того же птичьего помета с использованием известных способов (примеры № 1 и № 2- прототип).

Из приведенных в таблице 1 данных видно, что добавка предварительно ферментированного птичьего помета этой же птицефабрики в количестве от 5-30 % от массы птичьего помета позволяет существенно снизить продолжительность процесса ферментации с получением органического удобрения с 310 часов (по прототипу) до 235-205 часов (примеры 4, 7). При этом получаемое заявляемым способом удобрение не содержит яиц (цист) гельминтов и патогенных микроорганизмов (данные исследования, проведенного в испытательной лаборатории ГБУ Свердловской области «Свердловская областная ветеринарная лаборатория», приведены в Таблице 3). По результатам по всем показателям, указанным в ГОСТ 33830-2016 «Удобрения органические на основе отходов животноводства», полученные в ходе экспериментов образцы по изобретению (образцы 4, 5, 6, 7) соответствует установленным требованиям.

Увеличение добавки ферментированного птичьего помета выше 20 мас.% (пример № 7- 30 мас.%) незначительно сокращает продолжительность процесса ферментации, но экономически не представляется целесообразным, так как с ростом количества добавляемого предварительно ферментированного птичьего помета сокращается производительность самого процесса получения органического удобрения. Так, например, для производства 10 тонн органического удобрения в реакторе объемом 1 м³ необходимо 3100 часов (если проводить процесс по способу, описанному в прототипе), тогда как для заявляемого способа при дозировке ФП – 10 мас.% длительность процесса получения органического удобрения составляет 2600 часов, а при дозировке ФП – 30 мас.% - длительность процесса составляет 3300 часов, т.е. больше чем по прототипу.

Использование опила и стружки лиственных и/или хвойных пород положительно сказывается на процессе ферментации за счет улучшения процесса аэрации как следствие улучшения структурно-механических свойств аэрируемого материала. Использование вместо стружки или опила лиственных пород, хвойных пород приводит к сокращению времени ферментации в заявляемом способе по сравнению с прототипом, однако как показали примеры конкретного выполнения, приведенные в Таблицах 1 и 2, продолжительность процесса ферментации выше, чем в случае использования исключительно целлюлозосодержащего наполнителя, полученного из лиственных пород, что может быть связано с присутствием в хвойном опиле и/или стружке смолистых веществ (примеры 9, 11, 12). Снижение содержания опила и/или стружки ухудшает процесс аэрации и приводит к увеличению времени ферментации (пример 8). Увеличение количества опила (стружки) выше заявляемого предела до 15% (пример 10) повышает продолжительность ферментации и ухудшает потребительские свойства получаемого органического удобрения.

Снижение дозировки ФП ниже заявляемой границы (менее 5 мас.%) приводит к увеличению продолжительности ферментации при получении готового удобрения.

Для оценки фитотоксичных и стимулирующих свойств полученных органических удобрений использована методика ГОСТ Р ИСО 18763-2019 «Качество почв. Определение токсичного воздействия загрязняющих веществ на всхожесть и рост на ранних стадиях высших растений». - М. Стандартинформ, 2019. - 27с. Методика заключается в элюентном биотестировании почв с использованием прозрачных планшетов специальной конструкции. В качестве тест растения, как и в вариантах ГОСТ Р ИСО 18703-2019, использовано двудольное растение Кресс-салат (Lipidium sativum). При исследовании фиксировали размер корневой и наземной части растений. Тестируемая система представляла собой водные вытяжки, полученные из удобрений в соответствии с примерами, показанными в Таблице 1, приготовленные в весовом соотношений 1 часть удобрения (а.с.с.) с 4 частями дистиллированной воды. Полученную суспензию перемешивали в течение 2 часов отстаивали и титровали. В качестве контрольной среды использовали дистиллированную воду. В нижнюю часть планшета на подложку помещали фильтровальную бумагу, смоченную равномерно 2 мл вытяжки, помещают по пять семян кресс-салата, равномерно распределенных на одной линии поверхности бумаги. Определение производят в трех параллельных измерениях. Планшеты помещают вертикально в держателях. Проращивание производят в темноте в течение 72±1 часов при температуре 20-25С°.

Эффект торможения роста и развития корневой и наземной части (Э, %) вычисляют по формуле

где А - среднее значение длины корней или проростков в контрольном опыте;

В - среднее значение длины корней или проростков в исследуемой среде.

Водные вытяжки образцов органического удобрений разбавляли в 9 и 81 раз. Испытания прототипа производили в аналогичных условиях. Данные представлены в таблице 2.

Из данных, представленных в табл. 2 видно, что использование ФП по предлагаемому изобретению (образцы 4, 5, 6) позволяет существенно увеличить прирост как корневой, так и наземной части используемого в качестве объекта исследований кресс-салата. По сравнению с прототипом прирост корневой части при разведении в 9 раз увеличился в более чем в 2 раза, при разведении в 81 раз прирост увеличился в более чем четыре раза. Аналогичная картина наблюдается в приросте наземной части растений. При разведении в 9 раз прирост увеличился в 2-3 раза, а при разведении в 81 раз в 5-6 раз по сравнению с прототипом. По нашему мнению, это обусловлено более высокой степенью ферментации по заявляемому техническому решению. Снижение количества добавляемого ФП до 1% не позволяет добиться соответствующего уровня ферментации в конечном продукте, а увеличение доли ФП в составе смеси до 30% положительно не сказывается на потребительских свойствах удобрения, но приводит к снижению производительности процесса.

Таблица 1

Примеры конкретного выполнения ферментации птичьего помета

№ п/п Состав Значение рН Продолжительность процесса, час началь-ная конеч-ная 1 Аналог(патент России 2352576) 4,5 8,1 410 2 Прототип (патент России 2612911) 5,2 8,8 310 3
контрольный Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 10 г (1%) 5,2 9,0 320 4
по изобретению Помет 1000 г
Стружка (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 50 г (5%) 5,4 9,1 235 5
по изобретению Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 100 г (10%) 5,4 9,1 220 6
по изобретению Помет 1000 г
Стружка (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 200 г (20%) 5,4 9,1 210 7
контрольный Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 300 г (30%) 5,45 9,1 205 8
контрольный Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 30 г (3%)
ФП 100 г (10%) 5,2 8,9 320 9
по изобретению Помет 1000 г
Стружка (лиственных пород) 50 г (5%)
ФП 100 г (10%) 5,2 8,9 245 10
контрольный Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 150 г (15%)
ФП 100 г (10%) 5,2 8,9 250 11
по изобретению Помет 1000 г
Опил (хвойных пород) 100 г (10%)
ФП 100 г (10%) 5,1 8,7 230 12
по изобретению Помет 1000 г
Опил (лиственных + хвойных пород 1:1) 100 г (10%)
ФП 100 г (10%) 5,2 9,0 220

Таблица 2

Эффект развития корневой и наземной систем кресс-салата в

водных вытяжках удобрения

№ п/п Образец Кратность разбавления водной вытяжки рН водной вытяжки Эффект торможения корневая часть наземная часть 2 Прототип в 9 раз
в 81 раз 8,6
8,2 - 47,3
- 12,4 - 8,1
-2,4 3
Контроль-ный Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 10 г (1%) в 9 раз
в 81 раз 8,6
8,3 - 45,0
- 12,9 - 7,9
0,5 4
по изобрете-нию Помет 1000 г
Стружка (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 50 г (5%) в 9 раз
в 81 раз 8,8
8,6 - 69,2
- 32,4 - 20,5
- 9,1 5
по изобрете-нию Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 100 г (10%) в 9 раз
в 81 раз 8,8
8,6 - 102,4
- 57,1 - 23,1
- 10,8 6
по изобрете-нию Помет 1000 г
Стружка (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 200 г (20%) в 9 раз
в 81 раз 8,8
8,6 - 104,2
- 56,5 - 24,0
- 12,1 7
по изобрете-нию Помет 1000 г
Опил (лиственных пород) 100 г (10%)
ФП 300 г (30%) в 9 раз
в 81 раз 8,8
8,6 - 103,1
- 56,5 - 22,9
- 11,4

Таблица 3

Результаты лабораторных исследований органического удобрения (компост)

Сведения о результатах лабораторных исследований материала полученного в результате эксперимента в сравнении с исследованиями исходного помета и соответствие ГОСТ 33830-2016

№ п/п Наименование показателя Ед.
изм. Компост из куриного помета Свежий помет Рефтинской птицефабрики Нормативные значения по ГОСТ 33830-2016 Примечание Агротехнические показатели 1 Массовая доля общего азота (N) в продукте на сухое вещество % 4,29 4,02 Не менее 0,7 Соответствует ГОСТ 2 Массовая доля общего фосфора (P₂O₅) в продукте на сухое вещество % 1,76 1,64 Не менее 0,5 Соответствует ГОСТ 3 Массовая доля общего калия (K₂O) в продукте на сухое вещество % 2,9 2,92 Не менее 0,3 Соответствует ГОСТ 4 Массовая доля органического вещества % 88,2 90,2 Не менее 50 Соответствует ГОСТ Микробиологические показатели 5 Коли-индекс см³ 10 1*10⁶ - - Санитарно-зоогигиенические показатели 6 БГКП (колиформы) Обнаружено Обнаружено - - 7 Бактерии рода Proteus Не обнаружено Обнаружено 8 Коли-титр см³ 1*10^-1 1*10⁸ - - 9 Бактерии рода Staphylococcus - Не обнаружено Не обнаружено Не допуска-ется Соответствует ГОСТ 10 Бактерии рода сальмонелл - Не обнаружено Не обнаружено Не допуска-ется Соответствует ГОСТ 11 Патогенные клостридии Не обнаружено Обнаружено - - 12 Спорообразующие микроорганизмы - Обнаружено Обнаружено - - 13 Энтерококки Не обнаружено Обнаружено - - Санитарно-паразитологические показатели 14 Цисты кишечных патогенных простейших шт/кг Не обнаружено Не обнаружено Наличие цист кишеч-ных патоген-ных простей-ших экз/100г не допуска-ется Соответствует ГОСТ 15 Яйца и личинки гельминтов - Не обнаружено Не обнаружено Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельмин-тов экз/кг, не допускается Соответствует ГОСТ Паразитарная чистота 16 Личинки и куколки синатропных мух экз/
кг Не обнаружено Не обнаружены Наличие личинок и куколок синатро-пных мух экз/кг не допускается Соответствует ГОСТ

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ переработки птичьего помета с получением удобрения включает получение смеси из птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и стимулятора ферментации с последующей аэрацией приготовленной смеси, причем в качестве стимулятора ферментации используют предварительно ферментированный птичий помет той же птицефабрики, который получен путем смешения свежего птичьего помета с целлюлозосодержащим наполнителем, взятым в количестве 5-20 мас.% от массы свежего птичьего помета, с последующей аэрацией полученной смеси в течение не более 400 часов, смешение птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и предварительно ферментированного птичьего помета ведут в реакторе. Все компоненты взяты при определенном соотношении. Изобретение позволяет обеспечить высокую производительность процесса при одновременном улучшении потребительских свойств получаемого удобрения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 12 пр.

1. Способ переработки птичьего помета с получением удобрения, включающий получение смеси из птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и стимулятора ферментации с последующей аэрацией приготовленной смеси, отличающийся тем, что в качестве стимулятора ферментации используют предварительно ферментированный птичий помет той же птицефабрики, который получен путем смешения свежего птичьего помета с целлюлозосодержащим наполнителем, взятым в количестве 5-20 мас.% от массы свежего птичьего помета, с последующей аэрацией полученной смеси в течение не более 400 часов, смешение птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и предварительно ферментированного птичьего помета ведут в реакторе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

целлюлозосодержащий наполнитель в пересчете на абс.сухой 5-10 предварительно ферментированный птичий помет в пересчете на абс.сухой 5-20 птичий помет с относительной влажностью 65-75% остальное

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего наполнителя используют опил или стружку лиственных пород.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего наполнителя используют опил или стружку хвойных пород.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего наполнителя используют смесь опила или стружки лиственных и хвойных пород.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аэрацию птичьего помета ведут при температуре 15-25°С.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аэрацию ведут при расходе воздуха 60 литров/кг птичьего помета в час.