СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2024 года по МПК C02F1/78 A01C3/00 

Изобретение относится к способам переработки органических отходов и может быть использовано для получения сырья, например, для удобрений, кормов или кормовых добавок, для утилизации органических отходов.

Наиболее близким к предлагаемому способу, является способ обработки органических отходов по патенту на изобретение № RU 2 694 563 C1 (МПК C05F 3/00, опубл. 16.07.2019). Способ включает подготовку и обработку органического материала. Обработку осуществляют путем обеззараживания и последующей нейтрализации полученной однородной массы органических отходов. Обеззараживание осуществляют добавлением раствора перекиси водорода и азотной кислоты и/или ортофосфорной кислоты. Суммарный водородный показатель раствора рН равен 0,5- 6,0. Затем осуществляют перемешивание, измеряют окислительный потенциал смеси и продолжают перемешивание до изменения окислительного потенциала более 0,1 В от исходного. Нейтрализацию осуществляют добавлением в обеззараженную смесь бикарбоната аммония или пищевого мела с перемешиванием до получения водородного показателя смеси рН 6,0-7,0.

К недостаткам данного способа следует отнести наиболее высокую стоимость и использование агрессивных, токсичных, коррозирующих веществ. Кроме того, нестабильность состава биологических отходов не позволяет рассчитать точное необходимое количество каждого реагента. В связи с этим возможна недостерилизация продукта и/или не полная нейтрализация токсических веществ содержащихся в биологических отходах или перерасход химических компонентов для их инактивации. К тому же продукты нейтрализации кислот аммиаком или солями аммония оказывают токсическое воздействие на почвенную фауну, в том числе червей, вплоть до их гибели (токсическое действие избытка фосфатов аммония, так же самого аммония в виде водного раствора аммиака, как продукта гидролиза этих солей).

Кроме того, известен способ переработки органических отходов животного происхождения в биогумус и кормовой белок по заявке на изобретение № 97104014 (МПК C05F 3/00, опубл. 10.11.98). В данном способе питательную смесь готовят путем смешивания отходов животного происхождения в виде навоза и птичьего помета, а также компонентов, имеющих питательную и удобрительную функцию. Гранулируют и укладывают в емкость для компостирования, вносят в питательную смесь червей и/или их коконов, компостируют в условиях парникового эффекта, отделяют червей от полученного биогумуса. Полученный биогумус разделяют на коконы и три фракции.

К недостаткам данного способа следует отнести недостаточную производительность, обусловленную необходимостью длительного компостирования. Кроме того, процесс обеззараживания основан на деятельности червей, что требует наличия больших площадей, маточного поголовья червей, предварительного размножения червей в питательной смеси. Глубокая степень обеззараживания невозможна, поскольку нет возможности управлять деятельностью червей. Так же, продукты нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком оказывают токсическое воздействие на червей, вплоть до их гибели (токсическое действие избытка фосфатов аммония, так же самого аммония в виде водного раствора аммиака, как продукта гидролиза этих солей), что приводит к уменьшению степени переработки.

Известен способ обработки органических отходов по заявке на изобретение №2013145625 (МПК C05F 11/08, опубл. 10.05.2015). Органические отходы в данном способе предварительно доводят до содержания твердых веществ от 15 до 40%. Добавляют к органическому материалу дезодорирующий агент с образованием смеси. Добавляют к смеси кислоту при первом давлении и повышенной температуре и аммиак при втором давлении и повышенной температуре. Производят обработку сжиженной смеси с образованием удобрения. К недостаткам данного способа следует отнести высокую себестоимость и энергоемкость, обусловленные необходимостью поддержания двух разных температурных режимов и избыточного давления. По сути это автоклавирование, в процессе которого происходит разрушение белковых соединений, составляющих основу пищевой цепи ризосферной микрофлоры почвы. Использование серной кислоты приведет к образованию балластного вещества в составе удобрения, гипса (CaSO4⋅5H2O), сера и кальций из которого не усваивается растениями, что существенно снизит эффективность полученного из такого сырья удобрения. В способе также предлагается не удалять из органического материала пластмассу и волокна. Поливинилхлоридные полимеры в составе конечного удобрения приведут к загрязнению почвы, например, хлорорганическими соединениями, обладающими широким спектром
токсического воздействия.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является эффективная и безопасная переработка органических отходов сельского хозяйства в экологически чистые удобрения.

Техническим результатом является расширение арсенала средств для переработки органических отходов.

Решение изобретательской задачи достигается тем, что способ переработки органических отходов включает подготовку и обработку органического материала. Стадия Подготовка сырья включает в себя измельчение органических отходов до частиц размеров/м 0,1-5 мм и доведение влажности сырья минимум до 10%. Обработка органических отходов включает в себя несколько стадий: обеззараживание сырья под воздействием озона, высушивание обеззараженных отходов и гранулирование их в конечный продукт.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно предлагаемому изобретению подготовку осуществляют измельчением и перемешиванием органических отходов до получения однородной массы с размером твердых частиц 0,1-5,0 мм и условной влажности с коэффициентом Ж/Т (жидкостный модуль) более 0,1 (от твердого до жидкого состояния). Обработку осуществляют путем обеззараживания полученной однородной массы органических отходов. Обеззараживание осуществляется путем пропускания озона. Для обеззараживания включается нагрев емкости, перемешивание и подается озон (может вырабатываться из кислорода воздуха или из кислородного баллона при помощи различных озонаторов работающих на разных принципах), кроме того необходимый озон может быть получен химически. Озон подается через барботёр в нижней части реактора, и проходит через весь объем смеси. В процессе протекания окислительных реакций под воздействием озона происходит обеззараживание органических отходов. Перемешивание продолжают до достижения объёма пропущенного через смесь озона заданных значений не менее 0, 3 мг/кг отходов до 50 г/кг, после достижения заданной концентрации озона обработка продолжается в течении 20 мин - 5 сут. Озон обладает документально подтвержденными обеззараживающими свойства, поэтому дальнейшее проведение процесса обеззараживания нецелесообразно. После обеззараживание сырье высушивается до заданных параметров влажности и отправляется в гранулятор. В зависимости от назначения последующего использования полученное после переработки сырье можно подвергнуть дальнейшей обработке: сушке, формованию и т.д.

Предлагаемый способ может использоваться, например, для получения удобрений, кормов или кормовых добавок, для утилизации органических отходов. Простота использования, сохранение полезных веществ, экологичность, позволяют использовать предлагаемый способ наряду с уже существующими в различных отраслях. Предлагаемое изобретение поясняется примерами конкретного выполнения.

Осуществление изобретения

Пример 1. Получение экологически чистого гранулированного удобрения из смеси птичьего помета и свиного навоза.

Для обработки приготовили модельную смесь из птичьего помета и свиного навоза в весовом соотношении 1:1. Используя лабораторную мешалку смесь гомогенизировали при оборотах мешалки 200 об/мин в течение 2 часов, определили массовую долю влаги в полученном продукте, которая составила величину 28%. Далее провели исследования на наличие патогенной микрофлоры исходного (необработанного) образца в соответствии с нормативными документами: «Инструкция по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах», М., 1980, и «Инструкция по проведению ветеринарной дезинфекции объектов животноводства», М., 1989. Паразитологическое исследование образца проводим по ГОСТ 25383-82. Уровень бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в образце составил 7 lg. Уровень количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (МАФАнМ) составил 1,8×10¹¹ КОЕ/г. (колонии, образующие единицы, на грамм). В образце выявлено наличие бактерий рода Salmonella, Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus а так же грибки рода Candida. Выявлено содержание 8000 ооцист Eimeria в 1 грамме. Ход работы: Для эффективной стерилизации модельной смеси, довели влажность образца дистиллированной водой до уровня 50%. Для чего к 1000 г модельной смеси добавили 220 г дистиллированной воды и перемешали лабораторной мешалкой ULAB US-1240A в течение 1 часа при оборотах мешалки 200 об/мин. Уровень влажности образца готовой смеси контролировали по ГОСТ26713-85, который показал расчетную величину 50%. Продолжая размешивание 200 об/мин, с низу через барботёр подали озон, генирируемый озонатором ОВ-2 ООО «ОЗОН ПРОМ-ТЕХ». После достижении расчетной концентрации озона 50 мг/кг обработка продолжалась в течении еще 30 минут при подаче озона. Избыток газа свободно улетучивался. По окончанию обеззараживания отобрали образец полученного сырья для оценки качества обеззараживания. Исследование проводили согласно нормативной документации: «Инструкция по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах», М., 1980. И «Инструкция по проведению ветеринарной дезинфекции объектов животноводства», М., 1989. Паразитологическое исследование образца проводим по ГОСТ 25383-82. После проведенного обеззараживания образца модельной смеси получены следующие санитарные показатели: 1. Уровень БГКП, энтерококков, стафилококков, Bacillus - отсутствие; 2. Уровень мезофильные аэробные и факультативно анаэробные микроорганизмы (МАФАнМ) - отсутствует; 3. Яйца и личинки гельминтов - отсутствие; 4. Цисты кишечных простейших - отсутствие. Результаты исследования (в пересчете на абсолютно сухой продукт) представлены в Таблице 1.

Пробу переработанного образца модельной смеси и пробу изначального сырья высушили в сушильном шкафу при температуре 110°С, озолили в муфельной печи при температуре 550°С. Пробы полученной золы отправили на спектральный анализ в химическую лабораторию. По результатам спектрального анализа в пробах золы не выявлено наличие элементов, обладающих токсическим действием (соединения бериллия, кадмия, ртути, сурьмы, мышьяка, таллия и др.). Также не выявлено наличие тяжелых металлов. Пробы переработанного образца модельной смеси и пробу изначального сырья подвергли дозиметрическому контролю. По данным дозиметрического контроля радиация в образце отсутствует. Результаты исследования (в пересчете на абсолютно сухой продукт) представлены в Таблице 1. Приведенные в Таблице 1 данные по микробиологическим исследованиями результаты спектрального и дозиметрического контроля показывают, что конечный продукт безвреден для окружающей среды.

Таблица 1 (Пример 1) Санитарные показатели Полученные значения Не обработанный Обработанный БГКП КОЕ/г уровень бактерий группы кишечной палочки 7 lg Не обнаружен МАФАнМ КОЕ/г - уровень количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов 1,8×1011 Не обнаружен Salmonella, Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus грибы рода Candida Обнаружен Не обнаружен Цисты кишечных простейших в 100 гр 8000 Не обнаружен

физико-химическим, механические и агрохимические показатели Полученные значения Не обработанный Обработанный Элементы, обладающие токсическим действием (соединения бериллия, кадмия, ртути, сурьмы, мышьяка, таллия и др.) в 100 гр Не обнаружен Не обнаружен Наличие тяжелых металлов в 100 гр Не обнаружен Не обнаружен Наличие радиоактивных изотопов в 100 гр Не обнаружен Не обнаружен

Пример 2. Получение гранулированного удобрения из птичьего помета, его биохимическая характеристика и испытание на посадках картофеля.

В реактор объемом 1,5 м, снабженный «Ш» образной мешалкой пропеллерного типа рубашкой для нагрева/охлаждения, системой вакуумирования и системой подачи озона, загрузили 1 м³ птичьего помета с влажностью 54,0%. Включили перемешивание для гомогенизацию сырья в течение 10 минут при оборотах мешалки 80 об/мин. При выключенной мешалке включили подогрев смеси и подачу озона. Обработка смеси производилась до достижения расчетной концентрации озона 50 мг/л. После достижения заданного показателя установка продолжила работать в том же режиме в течении 30 минут. Избыток газа из реактора удалялся автоматически при достижении давления 3 атм. По окончанию этапа стерилизации отключили подачу озона и включили вакуумную установку. Нагрев и вакуумирование продолжалось до достижение температуры смеси 75 °С и остаточного давления в реакторе 30 мм.рт.ст. В заданном режиме реактор продолжал работать до достижения влажности сырья 12%. После охлаждения смеси до 40 °С была осуществлен отбор проб для проведения лабораторных испытаний. Полученный продукт представлял собой серую однородную пластичную массу без острог, неприятного запаха. На роторном грануляторе произвели гранулирование полученного продукта (диаметр гранул 4,0-4,2 мм). В результате эксперимента было получено 435 кг продукта с влажностью 11,3% с характеристиками предоставленными в Таблице 2.

Полученный гранулированный продукт был применен в виде основного удобрения на площади 0,01 га (доза 5 т/га) по культуре картофеля сорта «Луговской». Урожайность опытной делянки в пересчете на гектар составила 23,1 т/га. По сравнению с контрольной делянкой, без внесения данного удобрения, с урожайностью 18,6 т/га, прибавка урожая составила величину ,5 т/га, со значительно большей долей фракции крупных и средних клубней, по сравнению с урожаем с контрольной делянки.

Таблица 2 (Пример 2) Санитарные показатели Полученные значения Не обработанный Обработанный Массовая концентрация примесей отдельных токсичных элементов (валовое содержание), мг/кг сухого вещества, не более:
- свинца
- кадмия
- ртути
- мышьяка Не обнаружен
Не обнаружен
Не обнаружен
Не обнаружен Не обнаружен
Не обнаружен
Не обнаружен
Не обнаружен Массовая концентрация остаточных количеств пестицидов в сухом веществе, в том числе отдельных их видов, мг/кг сухого вещества, не более:
- ГХЦГ (сумма изомеров)
- ДДТ и его метаболиты (суммарные количества) Не обнаружен
Не обнаружен Не обнаружен
Не обнаружен Индекс санитарно-показательных микроорганизмов, КОЕ/г:
- колиформы
- энтеробактерии 1,3×10¹⁰
1,7×10⁸ Не обнаружен
Не обнаружен Наличие патогенных и болезнетворных микроорганизмов, в том числе энтеробактерий (патогенных серовариантов кишечной палочки, сальмонелл, протеи), энтерококков, стафилококков, клостридий, бацилл, энтеровирусов, КОЕ/г 1,8×10¹¹ Не обнаружен Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, в том числе нематод (аскаридат, трихоцефалов, стронгилят, стронгилоидов), тремотод, цестод, экз./кг Не обнаружен Не обнаружен Цисты кишечных патогенных простейших, экз./100 г 15270 Не обнаружен Наличие личинок и куколок синантропных мух, экз./кг 27450 Не обнаружен

физико-химическим, механические и агрохимические показатели Полученные значения Не обработанный Обработанный Массовая доля сухого вещества, % 46 88.7 Содержание балластных инородных механических включений, % от сухого вещества, не более:
- с высокой удельной массой (камни, щебень, металл и т.д.) размером менее 40 мм
- с низкой удельной массой (шпагат, веревка, щепа, палки и т.д.) размером менее 150 мм 0.8
0.9 0.8
0.9 Показатель активности водородных ионов, ед. pH 7.5 6.3 Массовая доля органического вещества, % на сухое вещество, не менее г 44 88 Массовая доля питательных веществ в удобрении с исходной влажностью, %, не менее
- азота общего
- фосфора общего, в пересчете на Р₂О₅
- калия общего, в пересчете на К₂О 1.8
2.1
0.42 4
4.2
0.9

Изобретение относится к способам переработки органических отходов. Подготовку органических отходов осуществляют измельчением и перемешиванием органического материала до получения однородной массы с размером частиц 0,1-0,5 мм. Проводят ее обработку путем обеззараживания озоном. Используют сырье с влажностью не менее 30 мас. %. После перемешивания осуществляют подогрев смеси и обработку озоном при концентрации от 0,3 мг/кг до 50 г/кг отходов в течение от 20 минут до 5 суток. По окончании этапа стерилизации озоном осуществляют обработку вакуумом. После обеззараживания влажность сырья доводят до 12 мас. % при помощи высушивания. По достижении сырьем заданной влажности в зависимости от назначения последующего использования полученное после переработки сырье подвергают дальнейшей обработке - формованию и фасовке. Обеспечивается реализация назначения - получение безопасного сырья из отходов. 2 з.п. ф-лы, 2табл.

1. Способ переработки органических отходов, включающий подготовку измельчением и перемешиванием органического материала до получения однородной массы с размером частиц 0,1-0,5 мм и обработку ее путем обеззараживания озоном, отличающийся тем, что используют сырье с влажностью не менее 30 мас. %, после перемешивания осуществляют подогрев смеси и обработку озоном при концентрации от 0,3 мг/кг до 50 г/кг отходов в течение от 20 минут до 5 суток, по окончании этапа стерилизации озоном осуществляют обработку вакуумом, после обеззараживания влажность сырья доводят до 12 мас. % при помощи высушивания, по достижении сырьем заданной влажности в зависимости от назначения последующего использования полученное после переработки сырье подвергают дальнейшей обработке - формованию и фасовке.

2. Способ переработки органических отходов по п. 1, отличающийся тем, что озон для обеззараживания получают при помощи озонаторов различного типа из воздуха.

3. Способ переработки органических отходов по п. 1, отличающийся тем, что озон для обеззараживания получают при помощи озонаторов различного типа из кислорода, полученного при помощи кислородной станции или из баллона.