(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к области переработки отходов птицеводства в органическое удобрение, в частности к способу получения обеззараженного удобрения из птичьего помета, включающему: а) термическую обработку птичьего помета при температуре от 100 до 110°C; и б) низкотемпературный пиролиз птичьего помета, обработанного на стадии а), с получением обеззараженного удобрения.
Евразийское (21) 201700531 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2019.05.31
(22) Дата подачи заявки 2017.11.13
(51) Int. Cl.
C05F 3/00 (2006.01) A01C 3/00 (2006.01) C05G 5/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ ИЗ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
(96) 2017000121 (RU) 2017.11.13
(71) Заявитель:
ОАО "ПРОДМАШ"; ФГБОУВО "МИЧУРИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
(72) Изобретатель:
Караханов Леонид Викторович, Исьёмин Рафаил Львович, Милованов Олег Юрьевич, Климов Дмитрий Владимирович, Михалёв Александр Валерьевич, Солопов Владимир Алексеевич (RU)
(74) Представитель:
Нилова М.И. (RU)
(57) Изобретение относится к области переработки отходов птицеводства в органическое удобрение, в частности к способу получения обеззараженного удобрения из птичьего помета, включающему: а) термическую обработку птичьего помета при температуре от 100 до 110°C; и б) низкотемпературный пиролиз птичьего помета, обработанного на стадии а), с получением обеззараженного удобрения.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ ИЗ
ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области переработки отходов птицеводства в органическое удобрение.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патенте РФ 2512366 раскрыт способ обработки на корм животным птичьего помета, включающий термическое обеззараживание птичьего помета при 95-100°С не менее 30 мин и его смешивание перед, и/или во время, и/или после термического обеззараживания с молочной сывороткой.
Недостатком указанного способа является невозможность обеспечения полного обеззараживания птичьего помета.
Наиболее близким к предлагаемому способу прототипом является способ получения удобрения из органических отходов, заключающийся в предварительной сушке отходов при температуре от 200 до 250 °С, с последующим прокаливанием отходов при температуре 550-600°С (см., патент РФ 2032356).
Недостатком данного способа являются значительные потери органической массы при прокаливании и большие энергетические затраты на осуществление способа.
Технической задачей настоящего изобретения является сокращение энергозатрат на проведение процесса обеззараживания птичьего помета, сокращение потерь органического вещества при обеззараживании и обеспечение более полного обеззараживания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Указанная цель достигается путем обеспечения способа получения обеззараженного удобрения из птичьего помета, включающего термическую обработку птичьего помета при температуре от 100 до ПО °С; с последующим низкотемпературным пиролизом обработанного птичьего помета, т.е. нагрева в среде с низким (до 6 %) содержанием кислорода.
При этом стадия термической обработки сопровождается гранулированием птичьего помета и продолжительность второй стадии составляет по меньшей мере 60 мин., причем оптимальная температура пиролиза составляет примерно 250 °С.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 изображена схема реактора для низкотемпературного пиролиза гранул.
На фигуре 2 изображена технологическая схема способа получения и обеззараживания гранулированного удобрения из птичьего помета.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Исходный помет или его смесь с опилками или соломой поступает на платформу подачи исходного сырья 1, с помощью которой он загружается в дробилку грубого измельчения 2. В этой дробилке происходит разрушение крупных агломератов помета, стеблей соломы и т.п., после чего помет поступает в дробилку мелкого измельчения 3, где измельчается до порошкообразного состояния.
Порошок птичьего помета подается бункер 4, из которого в необходимом количестве поступает в пресс-гранулятор 5. В пресс-грануляторе 5 происходит гранулирование помета путем продавливания
порошка помета роликами через отверстия матрицы. При этом за счет трения о стенки отверстий в матрице происходит нагрев помета до температуры 100-110°С.
Из пресс-гранулятора 5 готовые гранулы помета поступают на ленточный конвейер 6, с помощью которого гранулы поступают в бункер 7, из которого гранулы поступают в реактор для обеззараживания 8.
После обеззараживания гранулы с помощью нории 9 поступают в колонку охлаждения 10, в которой охлаждаются до температуры 40-50 °С, которая исключает воспламенение при хранении этих гранул.
После охлаждения гранулы подаются с помощью нории 11 в расходный бункер 12 для расфасовки.
Реактор для обеззараживания 8 представляет собой реактор низкотемпературного пиролиза, состоящий из трех секций с горизонтальными тарелками, на которых обрабатываемый материал с помощью двухлопастной мешалки перемещается от места загрузки к месту выгрузки с одной тарелки на другую.
Реактор (фигура 1) состоит из вертикального корпуса 1, имеющего в верхней части узел загрузки 2, а в нижней части узел выгрузки 3 гранул. В корпусе 1 реактора имеется, по крайней мере, два лотка 4 и 5, на которых осуществляется процесс низкотемпературного пиролиза. Лотки имеют перфорацию 6 со стороны, обращенной к обрабатываемой биомассе. Лотки 4 и 5 имеют рубашки 7 и 8, в которую поступает газообразный теплоноситель, являющийся рециркулируемым газообразным продутом пиролиза, нагреваемым во внешнем устройстве (на схеме не показано). Лотки имеют отверстия для выгрузки биомассы на нижний лоток (на схеме не показаны). В рубашке 8 нижнего лотка 5 имеется штуцер ввода воды 9. Над лотками 4 и 5 расположены патрубки 10 для вывода газообразных продуктов пиролиза. По вертикальной оси реактора установлен вал мешалки с лопастями 11 и приводом 12. Корпус 1 над лотками 4 и 5 снабжен рубашкой 13 для приема
высокотемпературного теплоносителя. В нижней части реактора расположен лоток 14, снабженной рубашкой 15 для приема охлаждающей воды.
На схеме реактора показано, что предусматривается подача инертного газа в две верхние секции. Однако, если влажность обрабатываемой биомассы достаточно высока, то, как показывает опыт, подавать инертный газ нет необходимости.
Реактор работает следующим образом. В рубашку реактора (две верхние секции) и в рубашку тарелок двух верхних секций подается высокотемпературный теплоноситель с температурой 230 - 260 °С. В нижнюю секцию реактора (рубашку реактора и в рубашку тарелки) подается охлаждающая вода.
После подачи в реактор высокотемпературного теплоносителя происходит прогрев внутреннего объема реактора. После достижения температуры внутри реактора выше 220 °С в верхнюю секцию реактора может быть загружен помет в необходимом количестве. После загрузки его температура начинает повышаться благодаря контакту с горячими стенками реактора. При этом происходит выделение влаги из помета и летучих веществ, которые, поднимаясь через слой помета, способствуют быстрому прогреву верхних слоев помета.
Нагрев высокотемпературного теплоносителя происходит в теплогенераторе 13 (фигура 2), который снабжен системой топливоподачи (14) (фигура 2) и топливным бункером 15 (фигура 2).
Высокотемпературный теплоноситель циркулирует в системе нагрева реактора с помощью циркуляционного масляного насоса 16 (фигура 2). Система циркуляции высокотемпературного теплоносителя снабжена баком для хранения этого теплоносителя 17(фигура 2), насосом 18 (фигура 2) для подачи теплоносителя из бака 17(фигура 2) в систему циркуляции, а также расширительным баком 19 (фигура 2) для компенсации увеличения объема высокотемпературного теплоносителя при нагреве.
Для исключения контакта высокотемпературного теплоносителя с атмосферным воздухом в расширительном баке 19 (фигура 2) в верхнюю часть бака подается азот под давлением выше атмосферного из баллона для хранения азота 20 (фигура 2).
Охлаждение обеззараженных гранул от температуры 250 °С до температуры 100 °С происходит в нижней секции реактора (фигура 2), в рубашку которой подается вода.
Вода циркулирует с помощью насоса 21 (фигура 2) и охлаждается в водяном воздухоподогревателе 22 (фигура 2). Система циркуляции воды снабжена расширительным баком 23.
Для выявления оптимальной температуры и технологии процесса обеззараживания птичьего помета проводилась серия экспериментов при следующих параметрах.
Для помета в исходном состоянии-при температуре 250 °С, время обработки-60 мин.;
Для помета в виде гранул:
- при температуре 155 ° С, время обработки 30 мин.;
- при температуре 155 ° С, время обработки 45 мин.;
- при температуре 155 ° С, время обработки 60 мин.;
- при температуре 250 ° С, время обработки 60 мин.
При проведении экспериментов исследовался процесс низкотемпературного пиролиза помета в исходном виде и в виде гранул, полученных от ООО "Инжавинская птицефабрика" (Тамбовская область) и ООО "Вефа - Грин", (Ленинградская область).
Физико-химические характеристики образцов помета определялись стандартными методами в соответствии с требованиями действующего ГОСТа.
Важное значение для характеристики применяемой технологии обеззараживания помета имеет показатель снижения частоты тестирования
микроорганизмов в органическом удобрении после обработки. Особенное внимание следует уделять данному показателю в отношении фитопатогенных микроорганизмов: Fusarium, Cladosporium, Penicillium и Aspergillus. Частоту тестирования микроорганизмов определяли методом прямого посева навески (1г) испытуемых образцов на твердые питательные среды.
Общее микробное число также является важным показателем для оценки общей микробиотической обсемененности. Это один из основных показателей, определяемых в ходе санитарно-микробиологических исследований. Это общее количество микроорганизмов, находящихся в одной единице пробы. Его значение выражают в колониеобразующих единицах (КОЕ). Считается, что чем выше ОМЧ, тем вероятнее присутствие в исследуемом образце патогенов. ОМЧ соотносится со степенью загрязненности объекта.
В испытуемых образцах ОМЧ определяли методом посева суспензии (10 г образца в 100 мл воды) образцов помета, подвергнутых низкотемпературному пиролизу при указанных выше параметрах процесса, и исходной пометно-подстилочной массы. Навеску образца растирают в 10-15 мл стерильной воды, затем объем воды доводят до 100мл. Из полученной водной суспензии готовят 6-7 последовательных разведений (1:10). Последние два разведения используют для посева на питательные среды. Чашки Петри выдерживают при температуре 25 °С двое суток. Подсчет колоний проводят в пробах, в которых число колоний не превышает 300. Пересчет колоний микроорганизмов приводят на 1 г субстрата.
Физико-химические характеристики исходного помета приведены в таблице 1.
показателя
измерения
исходном виде
гранул
Характеристика внешнего вида подстилочно-
пометной массы
Широкий фракционный состав от кусков размером до 100150 мм до частиц размером от 1 до 3 мм
Гранулы диаметром 8 мм и средней длиной 12 мм
Влажность
% от веса
10,92
8,27
Зольность
% от веса
13,97
12,58
(однопроцентного водного раствора)
7,12
6,82
С орг. (общий)
% от веса
33,9
36,6
С орг.
(водорастворимый)
% от веса
6,6
5,7
No6umfi
% от веса
8,43
7,5
N водорастворимый
% от веса
0,88
2,24
N03'
мг/кг
958
Si02
% от веса
1,59
1,55
Р2О5
% от веса
2,98
2,58
К20
% от веса
3,01
2,06
Na20
% от веса
0,27
0,4
CaO
% от веса
0,71
0,75
Содержание водорастворимых солей
% от веса
4,59
5,78
Водорастворимые соединения
Na20 водраст.
% от веса
0,27
0,4
СаО водраст.
% от веса
MgO водраст.
% от веса
1,41
1,53
K20 водраст.
% от веса
2,91
1,51
РгС^водраст.
% от веса
0,337
0,414
О водраст.
% от веса
1,2
2,06
НС03
% от веса
4,34
4,27
SO4 водораст.
% от веса
Как видно из таблицы 1, не смотря на то, что образцы помета получены от птицефабрик, удаленных друг от друга на расстояние более 1000 км, их физико-химические характеристики достаточно близки, что позволяет предполагать применимость представленных ниже результатов для других птицефабрик.
В таблице 2 приведены данные о содержании патогенной микрофлоры в исходном помете.
микробиота
Среднее число колоний в образце
1,88
0,56
ОМЧ в 1г образца
9,4 х 105
2,8 х 105
Как следует из таблицы 2, гранулирование помета, при котором помет нагревается в прессе до ПО °С, позволяет значительно снизить содержание патогенной микрофлоры, но полностью обеззаразить помет не может.
В таблице 3 представлены результаты микробиологического анализа помета, прошедшего обработку методом низкотемпературного пиролиза.
Trichoderma (колоний)
0,5
1,0
0,67
Бактериальная микробиота
0,33
0,5
0,17
Среднее число колоний в образце
0,73
1,14
0,56
0,49
ОМЧ в 1г образца
3,6х105
5,7х105
2,8х105
2,5x105
Анализ данных, представленных в таблице 3 показывает, что только низкотемпературный пиролиз гранул из помета при температуре 250 °С и продолжительности обработки 60 мин. позволяет полностью обеззаразить этот вид отходов. Снижение температуры пиролиза до 155 °С даже при длительности обработки 60 мин. не позволяет полностью обеззаразить помет.
Помет в исходном состоянии не удается полностью обеззаразить за счет низкотемпературного пиролиза при температуре 250 °С и длительности обработки 1 час. Этот факт может быть объяснен тем, что вследствие широкого фракционного состава помета в исходном состоянии трудно обеспечить равномерность его обработки при пиролизе. С другой стороны, выше отмечалось, что процесс гранулирования помета обеспечивает его обеззараживание не полностью.
Таким образом, процесс обеззараживания помета должен идти в две стадии: 1 стадия - гранулирование помета, 2 стадия - низкотемпературный пиролиз полученных гранул при температуре 250 °С в течение 60 мин.
Результаты физико-химического анализа этих гранул показывает, что после обработки их влажность уменьшилась в 1,79 раза, зольность увеличилась в 1,38 раза, рН- 6,76, содержание углерода (общее) возросло в 1,07 раза, содержание углерода растворимого уменьшилось в 3,8 раза, содержание азота выросло в 1,17 раза, содержание азота растворимого уменьшилось в 3,34 раза, содержание Si02 увеличилось в 1,41 раза, содержание Р205 увеличилось в 1,44 раза, содержание К20 увеличилось в
1,33 раза, содержание Na20 увеличилось в 1,3 раза, содержание СаО увеличилось в 1,3 раза, содержание водорастворимых солей снизилось в 1,2 раза.
Низкотемпературный пиролиз гранул из помета при 250°С снижает влажность в 1,79 раза и обеспечивает гидрофобность гранул, что снижает опасность вторичного заражения даже при контакте с окружающей средой при транспортировке.
При температуре пиролиза 250°С происходит частичная декарбонизация помета. В результате кислотность помета снижается до значений близких к нейтральной (рН - 6,2-6,8), наиболее благоприятной для развития растений. Подтверждением этому факту является снижение в 1,83 раза содержания НСОз" в водной вытяжке из образцов после пиролиза.
Общее содержание азота в исходном сырье составляет 8-9%, 10-12 % из них находится в легкоразлагаемой водорастворимой форме. О развитии микробиологических процессов, обусловленной действием бактерий-нитрификаторов, свидетельствует наличие нитратов в сырье. Пиролиз при температуре 250 °С ведет к резкому снижению содержания водорастворимых легкоразлагаемых форм азота (в 3,34 раза) и отсутствию неприятного запаха у образцов.
После пиролиза при температуре 250 °С доля золы в конечном продукте возрастает до 18-20%. Соответственно возрастает и доля всех минеральных компонентов. При этом подвижность калия немного снижается (в водный раствор переходит 70-80% от валового содержания, против 100% в исходном сырье), а подвижность фосфора возрастает (содержание водорастворимых форм возрастает до 0,6%). Следует отметить, что соотношение азота-фосфора - калия за счет потери некоторой доли азота становится более сбалансированным (соответственно 8-4 - 3).
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения обеззараженного удобрения из птичьего
помета, включающий
а) термическую обработку птичьего помета при температуре от 100 до
110°С;
б) низкотемпературный пиролиз птичьего помета, обработанного на
стадии а), с получением обеззараженного удобрения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пиролиз включает
нагревание в среде с содержанием кислорода до 6 %.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадия а) термической обработки дополнительно включает гранулирование птичьего помета.
4. Способ по п.п. 1 и 2, отличающийся тем, что продолжительность стадии б) составляет по меньшей мере 60 мин. и температура стадии б) составляет примерно 250 °С.
3.
Фиг. ]
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
Y А
RU 2051591 С1 (МАЛОФЕЕВ ВЯЧЕСЛАВ ИВАНОВИЧ) 10.01.1996, формула, с. 3, строки 5-30
US 2017/0240478 Al (MASSAI GIORDANO S.R.L.) 24.08.2017, реферат, п.п. 40, 43 формулы
1,3-4 2
1,3-4
RU 2259385 С1 (КОТЕЛЬНИКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ и др.) 27.08.2005
1-4
|и | последующие документы указаны в продолжении графы В Ц данные о патентах-аналогах указаны в приложении
Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отно
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той же категории " &" документ, являющийся патентом-аналогом "L" документ, приведенный в других целях
(19)
(19)
(19)
