Способ переработки птичьего помета с получением органоминерального удобрения Российский патент 2024 года по МПК C05F3/00 C05F11/02 C05G3/00 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при получении и применении удобрения на основе, 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 является длительность технологического процесса, высокие затраты на переработку, необходимость создания условий для разогрева содержимого бурта, т.е. возможность переработки только в летний период, загрязнение окружающей среды выбросами вредных веществ с 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 °С 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 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) в количестве 0,1 % сухого от массы птичьего помета и наполнителей взятых в соотношении 1:1:2. Количественная характеристика: куриный помет: опил берут в соотношении 1:2 и ведут последующую аэрацию смеси в течении 5-7 суток (патент RU 2612911, 2017).

Известный 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).

Однако основным недостатком указанного способа является потеря в процессе ферментации азота, происходящее вследствие разложения присутствующих в помете белковых соединений, аминокислот и превращений их в аммиак. Потери тем более значительны, чем длительнее процесс ферментации. Потери общего азота могут составлять до 70%, снижаясь в среднем с 6,5 % (в пересчете на сухое вещество) до статистически достоверных 2,1 % (в пересчете на сухое вещество) по окончанию процесса ферментации.

Задачей данного изобретения является сохранение содержания азота при круглогодичной переработке птичьего помета с одновременным улучшением потребительских свойств получаемого органоминерального удобрения.

Технический результат- повышение эффективности органоминерального удобрения на основе куриного помета при одновременном обеспечении высокой производительности процесса.

Технический результат достигается тем, что заявляется способ переработки птичьего помета с получением органоминерального удобрения, характеризующийся тем, что включает получение смеси из птичьего помета и наполнителя с последующей аэрацией приготовленной смеси воздухом из расчета 60 литров/кг помета в час, осуществляют ферментацию, продолжительность которой составляет 400 часов, причем в качестве наполнителя берут смесь целлюлозосодержащего наполнителя и древесного активированного угля в соотношении 3:7 – 7:3, смешение птичьего помета и наполнителя ведут в реакторе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- смесь целлюлозосодержащего наполнителя с древесным активированным углем в пересчете на абс. сухой - 5-20,

- птичий помет с относительной влажностью 65-75% - остальное.

В качестве целлюлозосодержащего наполнителя преимущественно используют сухой опил лиственных, пород. Целлюлозосодержащий наполнитель выполняет функцию влагопоглощающего инертного наполнителя и структурирует смесь для проведения ферментации птичьего помета.

Древесный активированный уголь (например, марки БАУ-А) используется в качестве сорбента, выделяющегося в процессе ферментации аммиака, одновременно способствуя повышению рН смеси, что положительно сказывается на потребительских свойствах конечного продукта. Древесный активированный уголь не сокращает время ферментации, а способствует увеличению содержания азота в материале вследствие химической и физической адсорбции, что положительно сказывается на эффективности органоминерального удобрения.

Аэрацию птичьего помета при приготовлении органоминерального 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- 25 °С.

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).

Для получения удобрения целлюлозосодержащий наполнитель, в качестве которого используют опил, и древесный активированный уголь, в качестве которого используют уголь марки БАУ-А, вводят в количестве 5-20 мас. % от массы птичьего помета при массовом соотношении компонентов: целлюлозосодержащий наполнитель: древесный активированный уголь 3:7 – 7:3.

Заявляемый способ позволяет круглогодично перерабатывать птичий помет, обеспечивая высокую эффективность и производительность процесса, обеспечивая повышение эффективности получаемого органоминерального 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 переработки птичьего помета.

Для проведения процесса переработки путем 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 °С и древесного опила с древесным активированным углем взятых в соотношении 3:7 - 7:3.

Для приготовления удобрения смесь, 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 400 часов, максимальная температура ферментируемой массы 58-65 °C. Конечная температура после экспозиции составляла 25-30 °С.

Качество полученного ферментированного продукта оценивалось по следующим параметрам: влажность (по ГОСТ 26713-88), рН (по ГОСТ 27979-88), содержание общего азота (по ГОСТ 26715-85). Данные представлены в таблице 1. Визуально оценивались внешний вид и консистенция полученного продукта. На Фиг.2 показан исходный материал в виде смеси птичьего помета, целлюлозосодержащего наполнителя и древесного активированного угля до его загрузки в реактор. На Фиг.3 показан конечный продукт в виде готового органоминерального удобрения после его выгрузки из реактора.

Примеры конкретного выполнения и характеристики удобрения представлены в Таблице 1. В Таблице 2 приведены показатели эффективности органоминерального удобрения.

Из данных, приведенных в Таблице 1 видно, что использование в составе композиции активированного древесного угля при массовом соотношении опил : древесный уголь 7:3 - 3:7 способствует поддержанию оптимальной влажности процесса ферментации, повышению значения рН в готовом продукте и увеличении содержания остаточного азота на 20-50% (примеры 4-6, 9, 10). По нашему мнению, это обусловлено наличием в древесном активированном угле функциональных спиртовых и карбоксильных групп, которые взаимодействуя с аммиаком образуют соответствующие аммонийные соли. За счет же физической адсорбции увеличивается и значение рН среды. В целом, смесь целлюлозосодержащего наполнителя (опила) и древесного активированного угля в указанных соотношениях оптимизирует процесс ферментации вследствие структурирования массы, удаления из реакционной массы аммиака (в соответствии с принципом Ле Шателье). С другой стороны соотношение опил : древесный уголь 9 : 1 (опыт 3) или 1 : 9 (пример 7) являются неоптимальными для процесса ферментации, как в плане структурообразования (пример 7), так и в условиях удаления из реакционной массы аммиака (пример 3). Эти обстоятельства сказываются на содержании остаточного азота в конечном продукте. Повышение содержания смеси опила и древесного активированного угля (пример 11) хотя и приводит к увеличению рН и остаточного азота по сравнению с прототипом, но, одновременно, сокращает объем полезной загрузки реактора и выход целевого продукта, т.е. отрицательно сказывается на производительности процесса.

Для оценки фитотоксичных и стимулирующих свойств полученных 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 фильтровали. В качестве контрольной среды использовали дистиллированную воду. В нижнюю часть планшета на подложку помещали фильтровальную бумагу, смоченную равномерно 2 мл вытяжки, на подложку 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 20-25 °С.

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 удобрений разбавляли в 9 и 81 раз. Испытания прототипа производили в аналогичных условиях. Данные представлены в Таблице 2.

Из данных, представленных в Таблице 2 видно, что использование заявляемого органоминерального удобрения (примеры 4, 5, 6, 7) обеспечивает хорошую ферментацию куриного помета, что позволяет существенно увеличить прирост корневой, так и особенно наземной части используемого в качестве объекта исследований Кресс-салата. По сравнению с прототипом прирост корневой части при разведении в 9 раз увеличился более чем в 1,5 раза, при разведении в 81 раз прирост увеличился более чем четыре раза. Аналогичная картина наблюдается в приросте наземной части растений. При разведении в 9 раз прирост увеличился более чем в 4 раза, а при разведении в 81 раз в 5-6 раз по сравнению с прототипом. По нашему мнению, это обусловлено более высоким содержанием азота в органоминеральном удобрении по заявляемому техническому решению. Снижение количества древесного активированного угля (пример 3) не позволяет улучшить потребительские свойства продукта, но приводит к снижению производительности процесса.

Таблица 1
Примеры конкретного выполнения ферментации птичьего помета (время экспозиции 400 часов) № п/п Состав Влаж
ность, % Кислотность, рН Остаточный азот, % 1 Аналог (патент России 2352576) 12,0 8,1 1,30 2 Прототип (патент России 2612911) 52,0 8,6 2,10 3
Контрольный Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%) при массовом соотношении 9:1 51,0 8,6 2,05 4
По изобретению Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%) при массовом соотношении 7:3 55,0 8,9 2,85 5
По изобретению Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%) при массовом соотношении 5:5 58,5 9,3 2,90 6
По изобретению Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%) при массовом соотношении 3:7 58,9 9,1 2,80 7
Контрольный Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%) при массовом соотношении 1:9 52,0 8,5 2,10 8
Контрольный Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 30 г (3%) при массовом соотношении 5:5 50,2 8,4 2,0 9
По изобретению Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 50 г (5%) при массовом соотношении 5:5 59,0 9,0 2,40 10
По изобретению Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 200 г (20%) при массовом соотношении 5:5 60,5 9,5 3,20 11
Контрольный Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 250 г (25%) при массовом соотношении 5:5 58,0 9,3 2,90

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 - 45
- 13 - 8,0
-2,5 3 Контрольный.
Куриный помет 1000 г,
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%), массовое соотношение 9:1 в 9 раз
в 81 раз 8,6
8,3 - 45,0
- 12,9 - 7,9
0,5 4 По изобретению.
Куриный помет 1000 г,
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%), массовое соотношение 7:3 в 9 раз
в 81 раз 8,9
8,5 - 59,0
- 25,0 - 23,0
- 11,0 5 По изобретению.
Куриный помет 1000 г,
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%), массовое соотношение 5:5 в 9 раз
в 81 раз 9,3
9,1 - 72,0
- 51,0 - 31,0
- 15,0 6 По изобретению.
Куриный помет 1000 г,
Опил, древесный активированный уголь 100 г (10%), массовое соотношение 3:7 в 9 раз
в 81 раз 9,0
8,9 - 69,0
- 49,0 - 30,0
- 13,0 10 По изобретению.
Куриный помет 1000 г,
Опил, древесный активированный уголь 200 г (20%), массовое соотношение 5:5 в 9 раз
в 81 раз 9,4
9,2 - 74,0
- 55,0 - 35,0
- 18,0 11 Контрольный
Куриный помет 1000 г
Опил, древесный активированный уголь 250 г (25%) при массовом соотношении 5:5 в 9 раз
в 81 раз 9,4
9,2 -62,0
-41,0 -25
-16

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ переработки птичьего помета с получением органоминерального удобрения характеризуется тем, что включает получение смеси из птичьего помета и наполнителя с последующей аэрацией приготовленной смеси воздухом из расчета 60 л/кг помета в час, осуществляют ферментацию, продолжительность которой составляет 400 ч, причем в качестве наполнителя берут смесь целлюлозосодержащего наполнителя и древесного активированного угля в соотношении 3:7–7:3, смешение птичьего помета и наполнителя ведут в реакторе. Все компоненты взяты при определенном соотношении. Изобретение позволяет повысить эффективность органоминерального удобрения на основе куриного помета при одновременном обеспечении высокой производительности процесса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 11 пр.

1. Способ переработки птичьего помета с получением органоминерального удобрения, характеризующийся тем, что включает получение смеси из птичьего помета и наполнителя с последующей аэрацией приготовленной смеси воздухом из расчета 60 л/кг помета в час, осуществляют ферментацию, продолжительность которой составляет 400 ч, причем в качестве наполнителя берут смесь целлюлозосодержащего наполнителя и древесного активированного угля в соотношении 3:7–7:3, смешение птичьего помета и наполнителя ведут в реакторе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- смесь целлюлозосодержащего наполнителя с древесным активированным углем 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 берут древесный опил.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесного активированного угля берут древесный уголь марки БАУ-А.