Способ переработки птичьего помета в органоминеральное удобрение (варианты)

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству органоминеральных удобрений при промышленной утилизации отходов производства птицефабрик, отходов производства минеральных удобрений и отходов производства подсолнечного масла.

Очистка промышленных отходов равно как птицефабрик, маслозаводов, так и заводов по изготовлению удобрений, имеет крайне важное значение. На каждом таком предприятии накапливается огромное количество отходов, которое нельзя вывозить на поля, что строго регламентируется нормативными актами, а места их складирования не удовлетворяют санитарным нормам, нанося ощутимый вред экологии от выделяющихся газов, исходящих от них.

Так от помета, шелухи подсолнечника, фосфогипса исходит опасность для человека и окружающей среды за счет выделяемых газов NH₃, HS, СО₂, меркаптанов и многих других опасных веществ.

Кроме того, загрязняется территория, а проникновение жидких фракций в почву грозит опасностью загрязнения грунтовых вод, водоемов.

Тем не менее, каждый из перечисленных отходов обладает рядом полезных свойств, что дает нам право использовать их, но при правильных, продуманных процессах переработки, способствующих улучшению экологии, повышению плодородия почвы, качества и количества урожая.

Известно комплексное удобрение (Патент РФ №2258053, МПК C05F 3/00, опубл. 10.08.2005 г. бюл. №22), содержащее смесь минерального и органического компонентов, при этом в качестве минерального компонента оно включает природный цеолит, а в качестве органического компонента - помет птиц, кроме того, оно дополнительно содержит химический компонент, содержащий азот, фосфор, калий, магний и серу при следующем соотношении компонентов, масс. %: природный цеолит - 55-65; помет птиц - 20-25, химический компонент - 12-15. Причем химический компонент содержит в качестве веществ, включающих азот и фосфор, суперфосфат и аммиачную селитру, а в качестве вещества, содержащего калий, магний и серу - калий-магнезию при следующем их соотношении в удобрении, масс. %: суперфосфат - 6-7; аммиачная селитра - 4-5; калий-магнезия - 2-3.

Недостатками полученного таким образом удобрения является сложный компонентный состав, сложность технологического процесса и его дороговизна.

Известно органоминеральное одобрение (Патент РФ №2351576, МПК C05F 3/00, опубл. 10.04.2009 г. бюл. №10), содержащее смесь куриного помета и минерального удобрения, в качестве минерального удобрения включает глауконитовую породу, содержащую Са и Mg в перерасчете на СаО и MgO в количестве, соответственно равном 13,38 и 2,41 мас. %, предварительно измельченную и просушенную при температуре 100-200°С в течение 0,5-1,5 ч, и куриный помет влажностью 60-75%, при этом глауконитовая порода смешана с куриным пометом в соотношении, равном 1-3:1-2, а размер гранул глауконитовой породы должен быть не более 2 мм.

Основными недостатками известных минеральных удобрений и способов их получения являются невысокая производительность, многооперационность подготовки сырья и невозможность получения удобрения в виде, пригодном для хранения и последующего использования, а также сложный компонентный состав и его относительно высокая стоимость.

Известно минерально-органическое гранулированное удобрение (Патент РФ №2512165, МПК C05G 1/00, опубл. 10.04.2014 г. бюл. №10), содержащее минеральную и органическую составляющие, причем в качестве минеральной составляющей удобрение содержит обогащенный глауконит, а в качестве органической составляющей - минеральное удобрение в водном растворе.

Недостатком изобретения является то, что при его изготовлении используются готовые минеральные удобрения и обогащенный глауконит, что значительно удорожает это удобрение и ограничивает его для широкого использования.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является способ получения азотсодержащего органоминерального удобрения (Патент РФ №2423336, МПК C05F 3/00, опубл. 10.07.2011 г. бюл. №19), включающий куриный помет и минеральную добавку, в качестве последней используют отход химической промышленности - фосфогипс - и добавляют солому и смесь соломы с почвой в соотношении 1:6 по массе, затем послойно укладывают на бетонированную площадку в следующем соотношении, масс %: куриный помет - 40-50; фосфогипс - 30-40; солома - 11-15; солома в смеси с почвой - остальное, с последующим ежемесячным перемешиванием и увлажнением в сухой период в течение 3,5-4 месяца до созревания.

Недостатками такого способа является то, что содержащаяся в массе солома даже при перемешивании разлагается при более длительном периоде времени, по некоторым данным до 3-5 лет. Кроме того, хранение значительного количества куриного помета, а это десятки тысяч тонн, на бетонированной площадке в течение полугода недопустимо. А внесение в почву соломы ухудшает фитосанитарную обстановку, так как сохранившиеся на соломе потогены и вредители могут снизить урожай следующей культуры, например злаковых, на десятки процентов.

Технической задачей изобретения является создание экологически чистого органоминерального удобрения пролонгированного действия, обладающего способностью восстанавливать плодородие почвы, увеличивать урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

Техническим результатом, достигнутым при решении поставленной задачи, является повышение эффективности пролонгированного действия органоминерального удобрения на плодородие почвы за счет комплексного использования минеральной и органической составляющих.

Указанный технический результат достигается в способе переработки птичьего помета, включающем куриный помет и минеральную добавку, в качестве которой используется фосфогипс, где на уложенный на бетонированную площадку слоем 0,5-0,6 м куриный помет распределяют разбрасывателем 300-400 кг природного глауконита и 250-300 кг фосфогипса из расчета на 1 тонну куриного помета, и в зависимости от его исходной влажности вносят лузгу подсолнечника, представленную двумя фракциями целой и измельченной в соотношении ¹/₄ для достижения влажности 30% массы, затем ворошителем-фрезеровщиком перемешивают массу и укладывают в бурты, или в транспортное средство.

Кроме того, для получения гранулированного органоминерального удобрения перемешивание массы осуществляют в смесителях, при этом глауконит используют с концентрацией не ниже 80% в соотношении 1:5 к куриному помету, а лузгу подсолнечника измельчают до 1,5 мм в поперечнике и вносят до влажности 12-15% и не более 25% от общего объема массы, затем массу гранулируют, охлаждают и упаковывают, а для получения рассыпного удобрения смешивание производят механическим путем на открытых площадках, при этом лузгу подсолнечника используют 100% измельченной до 1,5 мм в поперечнике.

Изобретение обеспечивает комплексный подход к утилизации сразу трех видов отходов как промышленных, так и сельскохозяйственных перерабатывающих предприятий, решение задачи экологической безопасности и охраны окружающей среды.

При этом выходя за рамки указанных показателей составляющих, органоминеральное удобрение ухудшает качественный и количественный химический состав, влияющий на способность восстанавливать плодородие почвы, качество и количество урожая сельскохозяйственной продукции.

Органоминеральное удобрение содержит минеральную и органическую составляющие, причем в качестве минеральной составляющей удобрение содержит глауконит и фосфогипс, а в качестве органической составляющей куриный помет и лузгу подсолнечника. Все компоненты взяты в необходимом и достаточном количестве при определенном соотношении.

Удобрение такого состава практически полностью сохраняет все полезные вещества компонентов, входящих в его состав, и обладает явно выраженным пролонгированным действием, способностью восстанавливать почву, увеличивать урожайность и качество сельскохозяйственной продукции за счет усилия ионообменных процессов, уникального и доступного растениям микроэлементного состава, повышенной сорбционной способности и экологичности.

Поэтому полученное удобрение можно рассматривать как комплексное органоминеральное удобрение пролонгированного действия, а наличие природного глауконита, обеспечивающего осаждение ионов NH₄⁺ в слоистой структуре, предотвращает их окисление, что способствует сокращению потерь N, Р, K, устраняя токсичность.

Предлагаемое изобретение направлено на создание полного комплексного органоминерального удобрения пролонгированного действия для полноценного сбалансированного обеспечения сельскохозяйственных культур всеми основными питательными веществами и микроэлементами, дающего возможность применения его всеми известными способами без ожога семени и корней растений, с улучшением плодородия почвы, повышения количества и качества урожая при малых затратах, улучшения экологии и использования как органических отходов - куриного помета и лузги подсолнечника, так и минеральных - фосфогипса.

Для получения органоминерального удобрения в качестве исходного сырья взяты природный глауконит Нижнебанновского проявления, Саратовская область Российская Федерация, сырой куриный помет птицеводческого комплекса ОАО «Лысогорская Птицефабрика», Саратовская область Российская Федерация, фосфогипс - отходы от производства удобрений комбината ОАО «Агрофос» Балаковский район Саратовской области, лузга подсолнечника маслозавод ООО «Оськин и К» Калининский район Саратовской области. В результате анализа установлено, что природный глауконит относится к алюмоселикатам с содержанием глауконита 32-58%. При этом он отличается повышенными сорбционными свойствами.

Ниже приведен химический состав глауконита Нижнебанновского проявления.

Природный глауконит, входящий в состав, является минералом переменного состава с высоким содержанием двух- и трехвалентного железа, кальция, магния, калия, фосфора, а также содержит более двадцати микроэлементов.

Химический состав: окись калия (K₂O) - 8,5%, окись натрия (Na₂O) - 0,14%, окись алюминия (Al₂O₃) - 11,8%, окись железа (Fe₂O₃) - 16,7%, закись железа (FeO) - 0,6%, окись магния (MgO) - 4,31%, двуокись кремния (SiO₂) - 47,6-52,9%, вода (H₂O) - 4,9-13,5%, Р₂О₅ - 0,26%, CaO - 0,82%, MnO - 0,03%.

Формула: (K, H₂O)(Fe³⁺, Al, Fe²⁺, Mg)₂[Si₃AlO₁₀](OH)₂^xnH₂O

Цвет - зеленоватый, блеск - матовый, твердость - 1,3-2,0, спайность - хорошая по (010), излом - зернистый, плотность - 1,8-3,0 г/см³, ионообменистая способность - 0,1-0,4 моль/кг.

Все элементы природного глауконита находятся в легко извлекаемой форме сменных катионов, которые замещаются находящимися в окружающей среде элементами. Это объясняется высокими сорбционными свойствами, а также слоистой структурой. В то же время для глауконита характерен низкий процент десорбции и пролонгированного действия. Глауконит обладает высокими абсорбционными и катионообменными свойствами. Благодаря своим сорбционным ионообменным свойствам он постепенно обменивается с почвой компонентами, обеспечивая тем самым растения азотом, фосфором, калием, кальцием, обеспечивая их питанием на протяжении всего вегетационного периода.

Фосфогипс чрезвычайно богат ценными минералами и коллоидами, а отрицательные его свойства в значительной степени нивелируются в составе органоминеральных удобрений.

Для регионов с развитым производством сельскохозяйственной и промышленной продукции характерна высокая экологическая нагрузка именно от отходов этих производств.

Применение как органических, так и минеральных отходов для предотвращения деградации почв, снижения их плодородия, а также восстановления экологической обстановки в ряде регионов становится наиактуальнейшим вопросом.

Так как наиболее ценным с позиций N, Р, K является свежий куриный помет, то разработка технологий быстрого использования приведет к снижению потерь органического вещества и снижению санитарно-эпидемиологической опасности и неприятных запахов.

Фосфогипс - токсотронный, то есть имеет способность разжижаться при механическом воздействии (встряхивание, перемешивание). Для компостирования птичьего помета используется фосфогипс, при этом сера связывает выделяющийся аммиак в сульфат аммония, и одновременно выделяющийся CO₂ - в карбонат кальция. На связывание 1 кг аммиачного азота требуется 8 кг фосфогипса.

Выполнено изучение отходов производства фосфорной кислоты на химкомбинате г. Балаково Саратовская область.

Изучен состав и свойства фосфогипса Балаковского завода минеральных удобрений.

Фосфогипс заметно увеличивает ферментативную активность почвы и приводит к увеличению числа водопрочных агрегатов в почве, улучшению водно-физических свойств почвы и биологической активности почвы, повышается количество микроорганизмов.

Использование лузги подсолнечника в качестве адсорбента на первом этапе в необходимом и достаточном количестве обеспечивает, в первую очередь, необходимую и достаточную влажность, пористость массы, что немаловажно для придания удобрению определенных свойств.

Влияние лузги подсолнечника на переработку птичьего помета определяется ее свойствами:

- физико-химическими: низкая плотность до 150 кг/м³ приводит к увеличению порового пространства, следовательно, увеличивается доступность кислорода к микроорганизмам: достаточно высокая сорбционная емкость до 2,5 мг/г позволяет снизить влажность и токсилогическую нагрузку на микроорганизмы, в более сжатые сроки достичь оптимальных значений влажности;

- биологическими: лузга подсолнечника содержит вещества, наиболее доступные микроорганизмам, усиливающие процесс переработки птичьего помета;

- экологическими: повышается степень утилизации широкого диапазона птичьего помета, уменьшается токсикологическая нагрузка на живущих рядом людей, флору и фауну, высвобождая земли, занятые под полигонами для производства сельскохозяйственной продукции.

Также был изучен состав и свойства лузги подсолнечника:

Плотность - 144-370 кг/м³;

Сорбционная емкость по воде - 0,8-3,4%;

Влажность - 8,0-18,1%.

Изучен состав куриного помета птицеводческого комплекса ОАО «Лысогорская Птицефабрика», влажность которого составляет от 42 до 73%, меньшее значение для клеточного содержания кур несушек, большее для молодняка. Содержание азота в помете является важным фактором при получении качественного органоминерального удобрения. В составе помета также содержится фосфор, кальций, калий, магний, натрий. При этом необходимо отметить, что без обработки куриный помет относится к 3-му классу опасности и влияет на экологическую обстановку в регионе, в то же время является ценнейшим сырьем для получения органоминеральных удобрений.

Внешний вид, цвет, запах - темно-коричневого цвета, вязкая масса с резким запахом.

Реализация данного способа осуществляется в следующей последовательности. На уложенный на бетонированную площадку слоем 0,5-0,6 м куриный помет распределяют разбрасывателем 300-400 кг природного глауконита и 250-300 кг фосфогипса из расчета на 1 тонну куриного помета, и в зависимости от его исходной влажности вносят лузгу подсолнечника, представленную двумя фракциями целой и измельченной в соотношении ¹/₄ для достижения влажности 30% массы. Затем ворошителем-фрезеровщиком перемешивают массу и укладывают в бурты или в транспортное средство.

Для получении гранулированного органоминерального удобрения перемешивание массы осуществляют в смесителях, при этом глауконит используют с концентрацией не ниже 80% в соотношении 1:5 к куриному помету, а лузгу подсолнечника измельчают до 1,5 мм в поперечнике и вносят до влажности 12-15% и не более 25% от общего объема массы, затем массу гранулируют, охлаждают и упаковывают для реализации.

Для получения рассыпного удобрения смешивание производят механическим путем на открытых площадках, при этом лузгу подсолнечника используют 100% измельченной до 1,5 мм в поперечнике.

Различные комбинации составляющих рассыпного органоминерального удобрения смешивали механическим путем на открытых площадках в следующих пропорциях:

- куриный помет - 1,0;

- глауконит - 0,3-0,4;

- фосфогипс - 0,25-0,35;

- лузга подсолнечника - не более 0,25 от объема массы.

При получении гранулированных удобрений массу смешивают в смесителях в следующих пропорциях:

- куриный помет - 1,0;

- глауконит - 0,2;

- фосфогипс - 0,3;

- измельченная лузга подсолнечника - 0,25.

После чего полученную массу гранулируют, охлаждают и упаковывают для реализации.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что выбранные отношения составляющих являются оптимальными и изменения их показателей приведет к ухудшению качественного и количественного химического состава органоминерального удобрения, а также удорожанию процесса.

Целесообразно перед перемешиванием компонентов измельчить их до размеров 2-5 мм и удалить из состава посторонние включения размером более 5 мм, при гранулировании размеры компонентов ограничиваются 2 мм.

Результаты санитарно-бактериологического исследования органоминерального удобрения по всем вариантам показали надежную стерильность и экологическую безопасность полученного удобрения.

Внешний вид, цвет, запах полученного органоминерального удобрения: рассыпчатая масса, темно-серого цвета, без запаха.

Результаты испытаний на наличие тяжелых металлов и радионуклидов показали на огромное снижение их и незначительность в соответствии с ОДК.

Заявляемый способ изготовления органоминерального удобрения позволяет экологически безопасно на основе комплексного подхода и утилизации отходов обеспечить санитарно-гигиенические условия на птицефабриках, при этом существенно снижает затраты и улучшает экологическую обстановку. Нахождение так необходимых растениям питательных веществ в них в достаточной мере пролонгировано в течение всего вегетационного периода растений.

После такой переработки класс опасности куриного помета с 3-го снижается до 4-5-го классов опасности, то есть практически не представляет опасность.