Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения гранулированных биоорганоминеральных удобрений

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к производству гранулированных органоминеральных удобрений. Способ позволяет перерабатывать высокотоксичные и экологически опасные отходы животноводства и птицеводства (навоз и птичий помет) в эффективные биоорганоминеральные гранулированные удобрения, используемые для повышения урожайности и качества всех видов культур, повышения плодородия почв и рекультивации загрязненных почв.

Известны различные способы переработки отходов сельскохозяйственного производства, в которых основными стадиями производства являются сушка и гранулирование. Учитывая то, что современная аграрная наука разрабатывает технологию прямого точечного сева семян растений одновременно с гранулами, особенно важно правильно сформировать гранулы (с позиций физико-химических критериев) и придать им большую биологическую активность (с позиции критериев роста растений и «здоровья» земли).

Из уровня техники известен ряд способов получения гранул из органических отходов с использованием сушки, например, А.С. СССР №641871, МПК C05F3/00, опубл. 1979 г., в котором гранулирование и сушку отходов горячими газами осуществляют после экструдирования с фильерой с образованием прутков биомассы, которые обламываются, поступают на конвейер, а затем на перфорированные лотки с наклонным днищем, под которые подают горячие газы. Недостатком известного способа является низкое качество (физико-химические свойства) получаемых удобрений, повышенный расход горячего газа на сушку из-за недостаточно развитой поверхности сушки и трудности передачи тепла во внутрь гранулы, т.к. биомасса плохой проводник тепла. Здесь имеет место кинетический режим сушки с диффузионными затруднениями выхода пара наружу.

Известен также способ сушки помета во вращающемся барабане, описанный в книге Малофеева В.И. «Технология безотходного производства птицеводства», М., Агропромиздательство, 1986 г.

Недостатки известного способа - затрудненная переработка помета с влагой до 70%, большой расход теплоносителя из-за неразвитой поверхности сушки, большое время для испарения жидкости из комков биоматериала. Кроме того, не достигается локальная нужная температура для гарантированного обеззараживания, а также неоднородность гранулометрического состава, недостаточная прочность агломератов и несбалансированность состава по питательным элементам.

Наиболее близким решением (прототипом) является патент РФ №2125548 МПК C05F3/00; C05F3/06, опубл. 27.01.1999 г. Способ получения гранулированных удобрений на органической основе, включающий измельчение органических компонентов с получением пульпы, их гранулирование, одновременное с сушкой путем распыления пульпы в псевдосжиженном слое, улов органической пыли после гранулирования, разделение гранул на фракции с возвратом мелкой фракции на гранулирование, при котором сушку ведут нейтральным теплоносителем, например атмосферным воздухом, нагрев которого осуществляется путем сжигания горючих компонентов в смеси с природным газом. Сжигание газов, при этом, производят в термической установке, одновременно с дожиганием газов, полученных после улова органической пыли, и предварительно подвергнутых термической обработке. При этом в пульпу, перед гранулированием, добавляют минеральные вещества, как химической, так и естественной природы в объеме 1-6%. Сжигание газов при этом способе производят при температуре не менее 700°.

Недостатком известного способа является слишком большой расход энергии и тепла на нагрев и сушку материала в кипящем слое.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества удобрений за счет повышения их физико-химических свойств, сокращение расхода энергии на их производство и, в конечном итоге, создание эффективного удобрения для использования в сеялках прямого сева, где реализуются в совокупности все положительные свойства микробиологических, органических и минеральных компонентов.

Поставленная задача решается за счет гомогенизации исходного материала и сопутствующих минеральных компонентов с последующей их сепарацией, термической пастеризации и кондиционирования, введения в основной поток предсмеси, содержащей инокулированные микробиологическое удобрение на специальном носителе, рекуперации тепла абгазов, а также за счет опудривания гранул гидрофобным веществом в конце процесса.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что исходный органический материал из бункера, через сепаратор направляют в сушку, где комья сырья разбивают быстровращающимися ножами, непрерывно обновляя поверхность испарения влаги, после чего высушенные дисперсные частицы уносятся в циклон. Поток сухого материала направляется в пастеризатор. В пастеризаторе материал выдерживают в течение 1-2-х часов. Затем дисперсный материал перемещают в кондиционер-охладитель и, далее, в смеситель, в который подают микробиологические удобрения в предварительно инокулированной форме. После этого материал гранулируют, отсеивают пылевую фракцию, которую затем возвращают в смеситель, а гранулированный материал опудривают гидрофобным веществом, после чего перемещают в бункер, откуда готовые удобрения подают на фасовку.

Абгазы после сушки и циклонов подвергают промывке, а на основе промывочной жидкости изготавливают жидкие биоорганические удобрения.

Предлагаемый способ реализуется в соответствии с технологической схемой при помощи технологической линии.

Технологическая линия включает приемный бункер влажного сырья 1, магнитный дисковой сепаратор 2, сушилку с вращающимися ножами 3, пастеризатор дисперсной сухой биомассы 4, кондиционер - охладитель дисперсной сухой биомассы 5, бункер минеральных удобрений 6, группу циклонов 7, блок очистки отходящих газов (абгазов) 8, включающий сборник образующихся жидких биоорганических удобрений 9, гранулятор 10, вибросепаратор 11, приемный бункер гранулированных удобрений 12, бункер-дозатор микробиологического удобрения 13, куда подается пылевидный гидрофобный материал для покрытия гранул, хранящихся в бункере 12, бункер-дозатор инокулированного материала 14 и узел фасовки и упаковки гранулированного удобрения 15.

В качестве сырья используется:

- твердая фракция стоков животноводческих комплексов с содержанием сухого вещества не менее 30%; (например КРС); помет птичий клеточного содержания птицы;

- твердая фракция эфлюэнта биогазовых установок, выделенная на шнек-прессах;

- компосты органических отходов;

- ил очистных сооружений;

- жом свекловичный; торф;

- отходы пивоваренных заводов; и т.п.

Способ получения гранулированных биоорганоминеральных удобрений реализуется следующим образом:

Исходный биоматериал (например, твердая фракция стоков комплексов КРС) поступает в бункер приема сырья 1 и через дисковый магнитный сепаратор 2 направляется на сушку в сушилку 3. Одновременно с биоматериалом из бункера 6 на сушку 3 поступают минеральные компоненты (например, минеральные удобрения, соли микроэлементов), которые вносятся в поток органического продукта из бункера 6.

Процесс сушки проводят максимально диспергируя биоматериал на быстро вращающихся ножах, где за счет внутреннего трения поднимается температура, а возникающий воздушный поток выносит из аппарата влагу. При этом начальная температура на микрочастицах может быть выше температуры кипения влаги и достигать 80-110°С. В этом случае испаряется и уносится влага исключительно с поверхности частиц, без затрат на кинетическую фазу испарения, что позволяет значительно снизить энергозатраты на сушку. Кроме того, возникает важнейший процесс обеззараживания биоматериала, уничтожения биоклеток, в том числе патогенных микроорганизмов, семян сорной растительности и простейших. Высушенные дисперсные частицы уносятся в циклон, а основной поток сухого материала направляется в пастеризатор 4. Пастеризация смеси проходит при температуре частиц? выходящих из сушилки по истечению 1,0-1,5 часов в движущемся слое в аппарате цилиндрической формы с использованием теплоизоляции от внешней среды. Эта стадия усиливает эффект обеззараживания потока. Полученный дисперсный продукт охлаждается в кондиционере -охладителе 5. Возможен поддув холодного воздуха. В кондиционер возвращается циклонная пыль и вносится биоудобрение «Биогор» путем его дозирования и смешения с материалом основного потока. Затем биоудобрение поступает в гранулятор 10.

Необходимо отметить, что для данного процесса микроудобрение готовится специальным образом путем предварительной инокуляции композиции полезных аграрных микроорганизмов в дисперсный перлит. Этот технологический прием позволяет сохранить микроорганизмы биоудобрения при проходе через гранулятор 10.

Пастеризация дисперсного материала и введение микробиологических удобрений в инокулированной форме на специальном носителе - перлите, обеспечивает равномерное внесение микроорганизмов в конечной продукции. Следует подчеркнуть, что влажность носителя составляет около 60%, тогда как влажность биоматериала гранул не превышает 15%. Высокая влагоемкость перлита, как носителя микроорганизмов, позволяет создать условия благоприятные для их выживания.

В процессе гранулирования температура в гранулах (при движении материала через фильтры) может достигать 100-120°С. Только использование защищенных форм микробиологического удобрения позволяет сохранить активную, вегетативную форму микробиологических удобрений. После сепарирования в вибросепараторе 11 пыль возвращается на повторную грануляцию в гранулятор 10, а гранулы на транспортере подаются в бункер 12 удобрений. При этом они опудриваются мелкодисперсной окисью кремния, подаваемой на поверхность движущихся гранул из бункера-дозатора 14. Двуокись кремния (обычный промытый речной песок) получают путем тонкого помола до дисперсии в десятки микрон. При этом получают материал, обладающий выраженными гидрофобными свойствами.

Гранулы, получившие защиту при нанесении кремниевого слоя, обладают антислеживающими свойствами, они более влагостойки в почве, а кремний становится легкоусваиваемым элементом комплексного удобрения.

Единственным сугубо экологическим решением предлагаемой технологии является очистка отходящих газов, которые несут мелкую органическую пыль и имеют щелочную реакцию из-за присутствия аммиака. В этом случае используется стандартное решение промывки отходящих газов подкисленной циркулирующей жидкостью с выделением зоны отстоя образующегося осадка в сборнике 9, который отделяется и используется как жидкое биоорганическое удобрение.

В качестве товарного продукта, полученного на основе навоза КРС, образуются гранулы биоорганоминерального удобрения, все три составляющие компонента которых имеют следующие параметры:

Гранулы - размеры:

- для сеялок прямого сева диаметр - 5±0,5 мм, длина - 5±0,5 мм;

- содержание органического вещества в грануле не менее 60%;

- прочность статическая – 2,0 МПа;

- рассыпчатость – 100%;

- гранулы не истираются, не пылят.

Органический компонент - определяется кормовым рационом,

состоящим из трав и комбикормов.

Минеральный компонент - определяется кормовым рационом,

действующее вещество NPK ~ 70 кг/т;

- количество микроорганизмов определяется

составом премиксом с КОЕ не менее 1·10⁷ кл/мл.,

Биологический компонент – в отличие от традиционных

органоминеральных удобрений внесение

в состав гранул предварительно инокулированных

биологически активных продуктов значительно

увеличивает их продуктивную эффективность.

Экспериментально установлено, что если в 1 тонну компоста, содержащую ~ 70 кг NPK внести 1 литр микробиологического удобрения «Биогор», можно увеличить урожай зерновых культур в 2-2,5 раза. Поэтому 1 га-норма удобрения «Биогор» эквивалентна в среднем 100 кг NPK/га. Соответственно, если вносится 5 тонн компоста на гектар, среднее значение NPK на 1 га составит (5х70)+100=450 кг NPK/га. Очевидно, в этом случае удельная доля биологической активности, влияющей на рост урожая, будет существенно ниже.

Этот пример показывает, что особенно экономически эффективным случаем применения биоорганоминеральных гранул является относительно небольшое весовое количество вносимых удобрений на 1 га площади.

Таким примером является использование сеялок прямого сева, где совместно с зерном той или иной производственной культуры вносится до 300 кг удобрений.

Особенно следует подчеркнуть, что гранулы составлены из очень мелкодисперсного материала. Присутствие в почве органической части удобрений именно в такой форме позволяет резко увеличить поверхность контакта частиц с позитивными аграрными микроорганизмами. В результате это приводит к тому, что органическая часть удобрения ассимилируется в течение одного сезона, а не 2-3 года, как это присуще всем навозам. Эта же структурная особенность материала гранул способствует значительному купированию характерных

запахов, которое достигается за счет создания широкого фронта взаимодействия органической и микробиологической субстанции.

В результате многолетних исследований установлено, что применение гранулированных биоорганоминеральных удобрений обеспечивает повышение урожая сельскохозяйственных культур при минимальных затратах, существенно поднимая экологические кондиции товарной продукции и улучшая «здоровье» почвы.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение эффективных гранулированных биоорганоминеральных удобрений с высокими физико-химическими свойствами при сокращении расхода энергии на их производство.

Таким образом, задача, поставленная перед изобретением, решена.