EA032447B1

EA032447B1 - Способ получения обеззараженного удобрения из птичьего помета

Info

Publication number: EA032447B1
Application number: EA201700531A
Authority: EA
Inventors: Леонид Викторович Караханов; Рафаил Львович Исьёмин; Олег Юрьевич Милованов; Дмитрий Владимирович Климов; Александр Валерьевич Михалёв; Владимир Алексеевич Солопов
Original assignee: Оао "Продмаш"; Фгбоуво "Мичуринский Государственный Аграрный Университет"
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-05-31
Also published as: EA201700531A1

Abstract

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°С и б) низкотемпературный пиролиз птичьего помета, обработанного на стадии а), с получением обеззараженного удобрения.

Description

032447 В1

032447 Β1

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 110°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 фиг. 1 изображена схема реактора для низкотемпературного пиролиза гранул.

На фиг. 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 в 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 (фиг. 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 которые поступает газообразный теплоноситель, являющийся рециркулируемым газообразным продуктом 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, снабженный 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 таре

- 1 032447 лок 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 (фиг. 2), который снабжен системой топливоподачи (14) (фиг. 2) и топливным бункером 15 (фиг. 2).

Высокотемпературный теплоноситель циркулирует в системе нагрева реактора с помощью циркуляционного масляного насоса 16 (фиг. 2). Система циркуляции высокотемпературного теплоносителя снабжена баком для хранения этого теплоносителя 17 (фиг. 2), насосом 18 (фиг. 2) для подачи теплоносителя из бака 17 (фиг. 2) в систему циркуляции, а также расширительным баком 19 (фиг. 2) для компенсации увеличения объема высокотемпературного теплоносителя при нагреве.

Для исключения контакта высокотемпературного теплоносителя с атмосферным воздухом в расширительном баке 19 (фиг. 2) в верхнюю часть бака подается азот под давлением выше атмосферного из баллона для хранения азота 20 (фиг. 2).

Охлаждение обеззараженных гранул от температуры 250 до температуры 100°С происходит в нижней секции реактора (фиг. 2), в рубашку которой подается вода.

Вода циркулирует с помощью насоса 21 (фиг. 2) и охлаждается в водяном воздухоподогревателе 22 (фиг. 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: Ризалит, С1адозролит, РешсШшт и АзрегдШиз. Частоту тестирования микроорганизмов определяли методом прямого посева навески (1 г) 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 санитарномикробиологических 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 100 мл. 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 табл. 1.

- 2 032447

Таблица 1

Характеристики исходного помета

Наименование	Единица	Помет в	Помет в виде
показателя	измерения	исходном виде	гранул
Характеристика внешнего вида подстилочнопометной 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
рН (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
N общий	% от веса	8,43	7,5
N водорастворимый	% от веса	0,88	2,24
ΝΟ₃-	мг/кг	958	0
8ΐΟ₂	% от веса	1,59	1,55
р₂о₅	% от веса	2,98	2,58
К₂О	% от веса	3,01	2,06
Яа₂О	% от веса	0,27	0,4
СаО	% от веса	0,71	0,75
Содержание водорастворимых солей	% от веса	4,59	5,78
Водорастворимые соединения
Νβ₂Ο водраст.	% от веса	0,27	0,4
СаО водраст.	% от веса	0	0
МдО водраст.	% от веса	1,41	1,53
К₂О водраст.	% от веса	2,91	1,51
Р₂О₅водраст.	% от веса	0,337	0,414
С1 водраст.	% от веса	1,2	2,06
НСОз	% от веса	4,34	4,27
8Од водораст.	% от веса	0	0

Как видно из табл. 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 табл. 2 приведены данные о содержании патогенной микрофлоры в исходном помете.

- 3 032447

Таблица 2

Содержание патогенной микрофлоры в исходном помете

Наименование микроорганизма	Помет в исходном виде	Помет в виде гранул
Мисог (колоний)	1,0	1,0
РешсШшш (колоний)	2,5	1,6
А8рег§Ши8 (колоний)	1,8	0,3
С1а4о8ропит (колоний)	6,5	0
Ризалит (колоний)	0,2	0
ТпсНобсгта (колоний)	0,67	1
Бактериальная	0,55	0
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 табл. 2, гранулирование помета, при котором помет нагревается в прессе до 110°С, позволяет значительно снизить содержание патогенной микрофлоры, но полностью обеззаразить помет не может.

В табл. 3 представлены результаты микробиологического анализа помета, прошедшего обработку методом низкотемпературного пиролиза.

Таблица 3

Содержание патогенной микрофлоры в помете после низкотемпературного пиролиза

Наименование микроорганизма	Помет в исходном виде, подвергнутый низкоте мпературному пиролизу при температуре 250 °С в течение 1 часа	Помет в виде гранул
Параметры процесса низкотемпературного пиролиза
155 °С, 30 мин.	155 °С, 45 мин.	155 °С, 60 мин.	250 °С, 60 мин.
Мисог (колоний)	1,0	0,33	0,84	0,5	0
РешсШшш (колоний)	1,6	0	2,0	1,2	0
Азрег§Ши8 (колоний)	0	0,5	0,2	0,3	0
С1ас1о8ропит (колоний)	1,7	5.5	1,3	0,2	0
Ризалит (колоний)	0	0,2	0	0	0

- 4 032447

Тпсйойегта (колоний)	0,5	1,0	0,67	0
Бактериальная микробиота	0,33	0,5	0,17	0
Среднее число колоний в образце	0,73	1,14	0,56	0,49
ОМЧ в 1г образца	3,6х10⁵	5,7x10⁵	2,8х10⁵	2,5x10⁵

Анализ данных, представленных в табл. 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 ч. 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 8ΐΟ₂ увеличилось в 1,41 раза, содержание Р₂О₅ увеличилось в 1,44 раза, содержание К₂О увеличилось в 1,33 раза, содержание Να₂Ο 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 нейтральным (рН 6,2-6,8), наиболее благоприятных для развития растений. Подтверждением этому факту является снижение в 1,83 раза содержания НСО₃ ^- 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, обусловленных 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).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения обеззараженного удобрения из птичьего помета, включающий последовательные стадии:

а) гранулирование помета с одновременной термической обработкой 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 пп.1 и 2, отличающийся тем, что продолжительность стадии б) составляет по меньшей мере 60 мин и температура стадии б) составляет примерно 250°С.

- 5 032447