Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к утилизации отходов птицеводческих хозяйств и свиноводческих комплексов с одновременным получением экологически чистого эффективного органоминерального удобрения пролонгированного действия.

Известен состав для получения удобрений, содержащий куриный помет и тонкодисперсный мел в соотношении компонентов 1,0:0,6-1,5 (патент РФ №2108993, МПК C05F 3/00, опуб. 20.04.1998). Недостатком известного состава является то, что мел обладает слабой адсорбирующей способностью и не обеспечивает нужного обезвоживания птичьего помета, что, в свою очередь, приводит к значительным энергозатратам на сушку полученных из смеси гранул.

Известен состав для производства органоминеральных удобрений, содержащий куриный помет 1,0-1,5; известь 0,1-0,4; торф 0,3-0,8 (патент РФ №2026271, МПК C05F 3/00, опуб. 09.01.1995). Недостатком известного состава является малая адсорбирующая поверхность и обменная емкость торфа, что не обеспечивает достаточной эффективности использования полезных компонентов куриного помета.

Известно комплексное удобрение (патент РФ №2258053, МПК C05F 3/00, опуб. 10.08.2005), которое содержит в качестве органического компонента помет птиц, а в качестве минерального - смесь природного цеолита с химическими добавками, содержащими азот, фосфор, калий, магний и серу (суперфосфат, аммиачную селитру и калий-магнезию) при следующем соотношении компонентов удобрения, мас. %: природный цеолит 55-65, помет птиц 20-25, химические добавки 12-15. Недостатком данного комплексного удобрения является невысокое содержание птичьего помета и большой расход адсорбента, что снижает его эффективность.

Известен состав для производства органоминерального удобрения длительного действия (патент РФ №2333184, МПК C05F 3/00, опубл. 10.09.2008), в котором помет смешивают с адсорбентом - обожженной пенодиатомитовой крошкой в соотношении 1:4. Адсорбент содержит оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, калия, магния, фосфора. Помет смешивают с адсорбентом, подвергают гранулированию и сушке.

Несмотря на наличие пролонгированного действия известного удобрения, недостатком является значительный расход адсорбента (20% помета и 80% адсорбента) и неэффективность при поступлении помета клеточного содержания с влажностью до 70%.

Известно органоминеральное гранулированное удобрение (патент РФ №2184102, МПК C05F 3/00, опубл. 27.06.2002) на основе природной кремнистой цеолитсодержащей породы и помета птицеводческих комплексов. Удобрение имеет следующий состав (мас. %): природная кремнистая цеолитсодержащая порода 60-80, помет птицеводческих комплексов 20-40. Недостатком известного органоминерального удобрения является низкое количество помета, что делает его недостаточно эффективным.

Известен способ приготовления органоминерального удобрения, включающий смешивание кварц-глауконитового песка и источника органических веществ - смеси навоза и илового осадка (пат. РФ №2316523, МПК C05F 3/00, опуб. 10.12.2008), недостатком которого является высокий расход сорбента.

Известно органоминеральное удобрение (патент РФ №2382753, МПК С05F 3/00, опубл. 27.02.2010), содержащее органические отходы - птичий помет, сорбент - цеолитсодержащий туф при следующем соотношении ингредиентов (мас. %): птичий помет - 70-80; цеолитсодержащий туф - 10-20; вода - остальное. Известное удобрение отличается достаточной прочностью гранул, стабильно при хранении и эффективно при применении, однако недостатком является наличие ограничивающих критериев влажности поступающего на переработку помета - 35-40%, в то время как содержание влаги в помете современных комплексов при клеточном содержании птицы достигает 70%.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому (прототипом) является органоминеральное удобрение, которое получают добавлением к птичьему помету 25-50 мас. % оксида кальция, который связывает азотосодержащие кислоты, с последующим перемешиванием полученной смеси (патент РФ №2191764, МПК C05F 3/00, опубл. 27.10.2002). Недостатками указанной технологии являются определенные критерии, где полученное удобрение с показателем процентного содержания влажности действует избирательно и подобрано два варианта с 20% влажностью для почв с 4.8 pH и 30% влажностью для почв с 5.5 pH, значит полученное удобрение обладает явно выраженными щелочными свойствами, для кислых почв, для почв со слабокислой или нейтральной реакцией при изменении pH необходимо регулировать влажность, а не количество удобрения при каждом его внесении. Проведенные исследования и промышленные испытания показали, что при нагревании или повышении температуры перерабатываемых отходов птицеводства происходят выбросы концентраций загрязняющих веществ аммиака, фенола, сероводорода, для переработки промышленных объемов необходимо нейтрализовать выбросы в атмосферу, что отсутствует в данном изобретении. На современных птицефабриках суточные объемы птичьего помета превышают сотни тонн и при увеличении перерабатываемого объема на 25-50% неэффективно и невозможно. С учетом всех затрат (стоимости сорбента, логистики и переработки) стоимость на единицу полученной продукции увеличивается.

Стоит задача:

- создания эффективного органоминерального удобрения пролонгированного действия;

- максимального сохранения питательных веществ;

- утилизации многотоннажных отходов сельского хозяйства, загрязняющих окружающую среду, при минимизации расхода сорбента;

- ускорения полного цикла получения удобрения.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в снижении расхода сорбента, в повышении содержания органических компонентов удобрения, ускоренном процессе переработки и получения органоминерального удобрения пролонгированного действия.

Поставленная задача решается тем, что состав для получения органоминеральнго удобрения, включающий органические отходы и оксид кальция, согласно изобретению дополнительно содержит неорганический сорбент агроионит при следующем соотношении компонентов, % масс: оксид кальция - 1,5-3; агроионит - 1,5-3; органические отходы - остальное. Кроме того, состав в качестве органических отходов содержит птичий помет или свиной навоз. Поставленная задача решается способом получения органоминерального удобрения путем перемешивания органического отхода с оксидом кальция, согласно изобретению органический отход смешивают с оксидом кальция, затем с агроионитом, или органический отход смешивают со смесью оксида кальция и агроионита, затем перемешивают, проводят сушку и гранулирование.

Особенность заключается в том, что в качестве сорбента органоминеральное удобрение содержит оксид кальция и агроионит, кроме того, органический отход смешивают как со смесью сорбентов, так и отдельно с окисью кальция, затем с агроионитом. Отличает их низкое процентное содержание в готовой продукции, что позволяет утилизировать многотоннажные отходы птицеводческих комплексов, используя сравнительно небольшое количество сорбента за сравнительно короткое время. Отходы птицеводческих хозяйств, комплексов относятся к третьему классу опасности «умеренно опасные», при осуществлении заявляемого изобретения перерабатываемый продукт переходит к пятому классу опасности «практически неопасные». Это позволяет непрерывно производить переработку отходов сельского хозяйства, при этом сохраняя полезные свойства и предотвращая складирование отходов. Отсутствуют вредные выбросы на производственной площадке, продукты производства соответствуют санитарным нормам. Готовая продукция удобрения может храниться в течение года в сухих помещениях.

Оксид кальция CaO (негашеная известь (ГОСТ 8677-76; ГОСТ 9179-77)) представляет собой известняк, всегда есть в наличии и доступен по цене. Также к преимуществам известняка можно отнести обширность месторождений. Наконец, известняк является экологически чистым материалом, природным антисептиком и антиаллергеном, поэтому он идеально совместим с человеком. Используется в нефтеперерабатывающей, нефтехимической (производство присадок и смазок), химической, кожевенной и других отраслях промышленности, сельском хозяйстве.

Агроионит K_<1(Fe³⁺, Fe²⁺, Al, Mg)_2-3 [Si₃(Si,Al)O₁₀][OH]_2*nH₂O относится к группе глауконитов, обладает структурой слюды и широкими вариациями химического состава: окись калия (K₂O) 4,4-9,4%, окись натрия (Na₂O) 0-3,5%, окись алюминия (Al₂O₃) 5,5-22,6%, окись железа (Fe₂O₃) 6,1-27,9%, закись железа (FeO) 0,8-8,6%, окись магния (MgO) 2,4-4,5%, двуокись кремния (SiO₂) 47,6-52,9%, вода Н₂O 4,9-13,5%. Агроионит получают путем «грохочения» исходных глауконитосодержащих песков. Агроионит выпускается по ТУ 2164-006-03029859-2009, используется для рекультивации почв и как поглотитель солей тяжелых металлов. Благодаря своим специфическим свойствам глаукониты представляют собой ценное промышленное сырье различного назначения. Экологам с помощью этого сорбента удается ликвидировать катастрофы локального масштаба: очищать зоны загрязнения нефтепродуктами, канализационные стоки, подземные воды. Физико-химические свойства глауконита делают его практически незаменимым для формирования естественных и искусственных геохимических барьеров, обеспечивающих защиту окружающей среды.

Использование глауконитов для производства удобрений из куриного помета известно, например, из патента РФ №2351576, МПК C05F 3/00, опуб. 10.04.2009. Однако в заявляемом решении в качестве глауконита используется конкретный сорбент - агроинит, выпускаемый по ТУ 2164-006-03029859-2009, который совместно с оксидом кальция позволяет значительно сократить расход сорбента и время взаимодействия сорбентов с органическим отходом (в известных решениях глаукониты смешивают с пометом в соотношении от 1:1 до 1:3). Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

При взаимодействии оксида кальция с влажной поверхностью птичьего помета или навоза происходит химический процесс, сопровождающийся выделением большого количества тепла и выбросами аммиака, фенола, сероводорода. Использование совместно с оксидом кальция агроионита позволяет снизить концентрацию аммиака, фенола в десятки раз, а содержание сероводорода снижается до значений ниже предела обнаружения (см. табл. 1).

Каждый из сорбентов в смеси выполняет свою функцию - обеззараживание пролонгированного действия, исключающее образование новой патогенной микрофлоры в готовом продукте и нейтрализацию паров сероводорода и аммиака, уничтожая запах за счет прекращения реакции бактериального разложения. Соотношение сорбентов выбирается в равных пропорциях, суммарное содержание в составе органоминерального удобрения - от 3,0 до 6,0%. При содержании каждого сорбента меньше 1,5% снижается скорость процесса. Увеличение содержания выше 3% нецелесообразно из-за увеличения материальных затрат на 1 т перерабатываемых органических отходов (увеличение себестоимости) и нет необходимости снижать время проведения реакции ниже 20 мин.

Лабораторными исследованиями и промышленными испытаниями подтверждено также, что процентное содержание сорбентов не зависит от вида органического отхода (птичий помет или свиной вывоз), а также от влажности и содержания в нем различных антибиотиков, используемых при вакцинации. Также не влияет рацион питания птицы и свиней.

Расчетные показатели соотношения вносимых сорбентов и перерабатываемой пометной массы подтверждены проведенными опытно-промышленными внедрениями технологии поточной переработки куриного помета с использованием сорбента (CaO, агроионита) на оборудовании производства поточной сушки и гранулирования ООО «Русский Пеллет», Йошкар-Ола (Таблица 2).

Возможны следующие варианты способа получения органоминерального удобрения:

1. ((Оксид кальция + птичий помет) + агроионит) + сушка;

2. (Оксид кальция + агроионит) + птичий помет + сушка;

3. ((Оксид кальция + свиной навоз) + агроионит) + сушка;

4. (Оксид кальция + агроионит) + свиной навоз + сушка.

Ki=2,376

Ki<=10

Класс опасности отхода: 5 (пятый)

Осуществление заявляемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

Куриный помет влажностью 70% в количестве 80 т поступает в два приемника-смесителя, оборудованных общим ворошителем для равномерного перемешивания сорбентов в пометной массе. Над ворошителем располагается дозатор, подающий смесь двух поступающих из накопителя сорбентов: оксида кальция (1,2 т) и агроионита (1,2 т). При перемешивании с сорбентами в помете прекращается реакция бактериального разложения, сопровождающаяся выделением газов, происходит обеззараживание (уничтожая микроорганизмы, предотвращается выделение их продуктов жизнедеятельности). Полученную смесь помета с сорбентами выгружают по закрытому шнековому транспортеру в закрытую емкость промежуточного накопления вместимостью 300 т. В ней происходит окончательное обеззараживание сырья и подготовка к сушке. Готовая к сушке масса по закрытому каналу подается в сушильный барабан. Блок сушки оборудован газовой горелкой, камерой дожига, искрогасителем, теплообменником. Температура на входе сырья в сушильный барабан составила 180 градусов, сухого вещества (удобрения) на выходе получили 29 тонн. Скорость вращения и температура блока сушки регулируется датчиками влажности на входе и выходе. Излишняя влага в виде пара выводится в атмосферу. Испытания показали, что использование сорбентов обеспечивает наиболее щадящий режим сохранения нужных химических свойств получаемых удобрений. При использовании сорбентов предотвращаются выбросы в атмосферу концентраций аммиака, фенола, сероводорода, который характерен для территорий, окружающих хранилища отходов птицеводческих предприятий.

При достижении влажности смеси значений 12-14% высушенная масса поступает в блок циклонов. Блок циклонов отделяет твердую фракцию от газообразной. Пар выводится в атмосферу или конденсируется, а сухой субстрат (продукт, полученный после сушки) - в накопительный бункер.

На всех этапах производственного процесса производится очистка массы от камней и металлических включений посредством установки камнеуловителей и магнитов.

Для создания однородной, без остатков перьев, структуры сухого сырья используется измельчитель, подающий готовый к гранулированию субстрат в демпферный бункер, из которого шнековым дозатором сырье подается в гранулятор, где путем продавливания через фильеры матрицы формируются гранулы. От нагрева при трении матрица разогревается до 90 градусов, поверхность гранулы запекается, становится глянцевой, предотвращая впитывание в нее атмосферной влаги. Это дает возможность неограниченно длительного хранения и транспортировки органоминерального удобрения.

Далее гранулы подаются в колонну охлаждения, где происходит охлаждение и отделение готовой продукции от негранулированных элементов, порошка и пыли, дополнительно возвращаемых на гранулирование. Далее ленточным транспортером гранулы подают через шлюзовый затвор в закрытый бункер-накопитель, а оттуда - на фасовочную машину.

Получено органоминеральное удобрение, имеющее срок хранения один год, потерь азота при хранении через несколько месяцев нет, содержание органического вещества, азота, фосфора, калия, кальция, магния, pH (см табл. 2), применение удобрения обеспечивает повышение урожайности от 20%.

Технико-экономические преимущества заявляемой группы изобретений заключаются в том, что полный цикл производства органоминерального удобрения составляет 60 минут, за которые помет и навоз перерабатываются в гранулированное органоминеральное удобрение с сохранением максимального содержания азотистых веществ - главного активатора роста растений. Появляется возможность непрерывной круглогодичной переработки отходов птицеводческих предприятий и получения продукции высокой рентабельности, многократно превышающей рентабельность основного производства. Использование сорбентов исключает попадание едкого запаха, свойственного данному процессу, проводимому без их использования, в атмосферу при производственной сушке сырья и предотвращает повторное развитие патогенной микрофлоры в готовой продукции, что не ограничивает производителя в сроках ее хранения и дальней транспортировке. Получаемые удобрения экологически безвредны, не содержат семена сорняков, синтетические компоненты и соли тяжелых металлов, легко вносятся в почву с помощью стандартного оборудования для внесения минеральных удобрений. Удобрение содержит все необходимые сельскохозяйственным культурам питательные, стимулирующие их развитие, органические вещества и микроэлементы в стабильной легко усваиваемой растениями форме, создает условия для получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции, повышает ее урожайность. Гранулированная форма удобрения облагораживает структуру почвы, повышает ее плодородие на длительный срок, играя роль «губки», впитывает и удерживает в себе избыток влаги, обогащенной минеральными веществами, постепенно отдавая ее растениям в засушливый период, выполняет функции аэрации и дренажа, предотвращая уплотнение почвы и образование поверхностной корки с последействием в течение трех лет. Капитальные и временные затраты на запуск производства и себестоимость конечной продукции многократно меньше, чем в технологиях многодневной подготовки сырья на специальных полигонах. У каждой птицефабрики появится возможность решить экологическую проблему полной утилизации высокотоксичных отходов и организации нового высокорентабельного производства органоминерального гранулированного удобрения.