способ утилизации и обеззараживания куриного помета

Формула изобретения

Способ утилизации и обеззараживания куриного помета, включающий разделение биомассы сепарацией на жидкую и твердую фракции, обеззараживание жидкой фракции обработкой в устройстве с нерастворимыми электродами, отличающийся тем, что пропущенную через сепаратор жидкую фракцию смешивают с известковым молочком в количестве m Ca(OH)₂ =3,7·10^-6 г/л (для удаления ионов аммония и фосфатов), после чего ее подают в горизонтальный отстойник с электродной системой, установленной по всему его объему и состоящей из 7 плоских углеграфитовых пластин, длиной 30 м, толщиной 2-3 мм с расстоянием между пластинами 5 см, где выдерживают в течение семи с половиной часов, воздействуя нанотоками 40 нА.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке отходов птицеводческих хозяйств.

Птицефабрики являются значительным источником загрязнений окружающей среды, мухи и неприятные запахи, распространяющиеся на большие расстояния от пометохранилища, ухудшают социально-экологические условия жизни и труда сотрудников птицефабрик, а также здоровья животных, вынужденных дышать парами аммиака и другими вредными испарениями из отстойников и сборных ям. Проблема утилизации отходов птицефабрик актуальна и потому, что для хранения их занято большое количество пахотных земель. Птицефабрики вынуждены платить большие штрафы за нарушение экологии.

Известен способ переработки птичьего помета, включающий обработку птичьего помета минеральными кислотами, описанный в патенте на изобретение РФ № 2357944, опубликованном 10.06.2009 г. Свежий птичий помет смешивают с раствором серной или фосфорной кислоты, концентрация раствора серной или фосфорной кислоты составляет от 25% до 35%, при этом достигают значения pH 5,0 до 6,5. Изобретение обеспечивает снижение негативных воздействий на окружающую среду, возникающих при хранении птичьего помета и производстве удобрения, уменьшение времени переработки птичьего помета, возможность переработки большого объема пометной массы, снижение стоимости конечного продукта.

К недостаткам способа относится его большая материалоемкость, а высокие концентрации используемых кислот делают его опасным для окружающей среды, в то же время остается зараженность патогенными организмами.

Наиболее близким способом утилизации и обеззараживания куриного помета является способ приготовления удобрения из органических отходов животноводств, птицеводства и растениеводства, описанный в патенте на изобретение РФ № 2371425, опубликованном 27.10.2009 г. В способе приготовления биомассу разделяют на фракции сепарированием, и обеззараживание осуществляют с одновременной детоксикацией жидкой фракции в электролизере с нерастворимыми электродами, а твердой фракции - путем обработки озоно-воздушной смесью и ультрафиолетовым излучением. Техническое решение направлено на повышение эффективности технологии обеззараживания и детоксикации навоза и птичьего помета для обеспечения санитарно-гигиенических условий труда в производственных помещениях и сокращение вредных выбросов в окружающую среду при приготовлении органических удобрений из отходов животноводства, птицеводства и растениеводства.

К недостаткам способа относится его большая энергоемкость и, как следствие, его дороговизна.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности технологии утилизации и обеззараживания куриного помета, снижение энергоемкости и сокращение вредных выбросов в окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что в способе утилизации и обеззараживания куриного помета, включающем разделение биомассы сепарацией на жидкую и твердую фракции, обеззараживание жидкой фракции обработкой в устройстве с нерастворимыми электродами, согласно изобретению пропущенную через сепаратор жидкую фракцию смешивают с известковым молочком в количестве m Ca(OH)₂ =3,7·10^-6 г/л (для удаления ионов аммония и фосфатов), после чего ее подают в горизонтальный отстойник с электродной системой, установленной по всему его объему и состоящей из 7 плоских углеграфитовых пластин, длиной 30 м, толщиной 2-3 мм с расстоянием между пластинами 5 см, где выдерживают в течение семи с половиной часов, воздействуя нанотоками 40 нА.

За счет того что пропущенную через сепаратор жидкую фракцию смешивают с известковым молочком в количестве m Ca(OH)₂=3,7·10 ^-6 г/л (для удаления ионов аммония и фосфатов), после чего ее подают в горизонтальный отстойник с электродной системой, установленной по всему его объему и состоящей из 7 плоских углеграфитовых пластин, длиной 30 м, толщиной 2-3 мм с расстоянием между пластинами 5 см, где выдерживают в течение семи с половиной часов, воздействуя нанотоками 40 нА, повышается эффективность технологии утилизации и обеззараживания куриного помета, снижается энергоемкость и сокращаются вредные выбросы в окружающую среду.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый способ утилизации и обеззараживания куриного помета не известен из области техники и данное решение обладает новизной.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый способ утилизации и обеззараживания куриного помета явным образом не следует из уровня техники и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достигнуть указанный технический результат, то есть изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость", так как оно может быть использовано в области охраны окружающей среды, в частности к утилизации и обеззараживания куриного помета, сокращению вредных выбросов в окружающую среду.

Сущность заявленного технического решения поясняется Фиг.1, на которой изображена технологическая установка для способа утилизации и обеззараживания куриного помета

В состав технологической линии по утилизации и обеззараживанию куриного помета входят:

- сепаратор 1 шнековый;

- камера 2 смешивания органической суспензии (птичьего помета) и ферментов;

- камера 3 аэробной ферментации;

- камера 4 остывания и обработки переработанной органической суспензии;

- камера 5 смешивания жидкой фазы органических отходов с известковым молочком;

- отстойник 6 горизонтальный с тонкослойными модулями 7 из углеграфита;

- резервуар 8 с обеззараженной жидкой фазой.

Птичий помет содержит свободную жидкость и связанную жидкость. Свободная жидкость отделяется самотеком, при помощи силы тяжести; связанная жидкость находится в твердых составляющих помета. Основные загрязнители в помете это ионы аммония , фосфат-ионы. Они содержатся и в свободной воде и в связанной.

На первом этапе отделяют жидкую фракцию от твердой фракции, все это можно сделать с помощью недорогого шнекового пресса - сепаратора 1, в этом случае отделяется вся свободная жидкость и часть связанной воды, обеспечивается отжим стоков с содержанием сухих веществ от менее 1% до 12% до концентрации сухих веществ в отжатой твердой фракции 35%-40%. При этом степень отделения сепаратором азота, фосфора, калия и других питательных веществ колеблется от 10 до 80%.

Сепаратор 1 может быть смонтирован и работать в любое время года под «открытым небом» или же иметь «легкий» навес.

Шнек сепаратора 1 при изготовлении проходит специальную термическую обработку и армируется специальным покрытием, благодаря чему он может выдерживать высокие давления, создаваемые при работе сепаратора 1.

Содержание птичьего помета на небольшой птицефабрике в сутки составляет 200-250 т. Количество воды в данном случае будет составлять около (при выходе в сутки 200 т помета) 180 т водной фракции и твердой фракции около 20 т.Количество ионов аммония в воде и в твердой (отжатой) фракции будет составлять соответственно 800 мг/л и 0, 900%.

Жидкая фракция 180 т в сутки содержит 1000 мг/л ионов аммония , содержит только мелкодисперсные твердые частицы, находящиеся в растворенном состоянии, также может быть использована в качестве органического удобрения при орошении почв. В жидкой фракции содержатся ионы аммония и фосфатов и яйца паразитов (лямблий, описторходов, аскарид). В таблице 1 представлено содержание ионов аммония и фосфатов до и после этапа подщелачивания.

Для твердой фазы предлагается интенсивное компостирование см. технологическую линию на фиг.1 в камере 2 смешивания органической суспензии (птичьего помета) и ферментов, камере 3 аэробной ферментации, камере 4 остывания и обработки переработанной органической суспензии.

Этот способ применяют, когда готовое органическое удобрение планируется реализовать через розничную торговлю. По этому способу органическую смесь загружают в специальные ферментеры, в которых процесс созревания происходит за 6-7 суток, так как в них нагнетается в нижнюю часть воздух, который резко интенсифицирует рост и развитие мезофильных и термофильных микроорганизмов (патент на изобретение № 2055823 «Способ биологической переработки птичьего помета»).

В процессе переработки происходит полное разложение патогенной микрофлоры, вредных химических соединений и семян сорных трав, находящихся в птичьем помете. В то же самое время, в продукции сохраняются все полезные вещества, которые переходят в стабильную легкоусваиваемую форму.

Процесс переработки автоматизирован.

Получаемая продукция экологически безопасна, не имеет запаха, допускает длительное хранение и последующую обработку без потери полезных свойств.

В дальнейшем описании к заявляемому изобретению часть технологической линии для переработки твердой фазы - камера 2 смешивания органической суспензии (птичьего помета) и ферментов, камера 3 аэробной ферментации, камера 4 остывания и обработки переработанной органической суспензии; не рассматривается в силу известности.

Для жидкой фазы, полученной после сепаратора 1, предлагается подщелачивание, обеззараживание и использование этой воды для полива сельхозпродукции, применяется часть технологической линии, включающей камеру 5 смешивания жидкой фазы органических отходов с известковым молочком, отстойник 6 горизонтальный с тонкослойными модулями 7 из углеграфита, резервуар 8 с обеззараженной жидкой фазой.

В таблице 1 представлены данные, содержащиеся в жидкой фазе в столбце 4 без подщелачивания и в столбце 5 с подщелачиванием.

Таблица 1
№	Соединение	ПДК, мг/л (культурно-бытового водопользования)	Содержание в пробах, после очистных сооружений, мг/л	Содержание в пробах, после очистных сооружений после добавления этапа подщелачивания, мг/л
1	2	3	4	5
1		0,4	2,5	0,3
2	Фосфаты (по фосфору)	0,2	2,5	0,19

Процесс переработки жидкой фракции проводят следующим образом:

смешивают жидкую фазу и известковое молочко Ca(OH)₂ в камере 5 смешивания жидкой фазы органических отходов с известковым молочком, показатели столбца 5 соответствуют показателям нормы.

В результате исследования смеси, поступающей в горизонтальный отстойник, по результатам замеров в паразитологической лаборатории найдены клетки яиц лямблий, описторходов, аскарид.

Обеззараживание происходит следующим образом. Пропускают смесь через отстойник 6 горизонтальный с тонкослойными модулями 7 из углеграфита, затем воду можно использовать для полива сельхозпродукции.

В отстойнике 6 в геле оксигидрата (Fe₂O₃ ·nHO) постоянно происходят диссоциативно-диспропорциональные толчковые структурообразующие явления с выбросом третьих кластерных (в основном нанокластерных) частиц в окружающую среду, которые отвечают за диссипацию энергии системы. Отщепление отдельных частиц геля, которые могут быть заряженными, либо их присоединение к крупным фрагментам макромолекул, от которых ранее они отщепились, инициируют токовые периодические пульсации. Все эти явления происходят в условиях, далеких от равновесных, при внесении в гель углеграфитовых электродов.

Для удаления ионов аммония и фосфатов добавляется известь, проводится осаждение. В сточной воде присутствуют ионы железа двухвалентного и при подщелачивании идет их гидролиз и образуется оксигидрат железа (III), на который и доосаждается осадок фосфатов кальция.

Осаждение фосфатов проводится солями железа (III) и известковым молочком m Ca(OH)₂ =3,7·10^-6 г/л.

5Ca²⁺ +7OH^-+3H₂PO₄- Ca₅OH(PO₄)₃+6H₂

Fe²⁺+O₂+2H₂ O Fe(OH)₃

Кроме того, происходит выщелачивание с помощью известкового молочка ионов аммония и связывание остатка m Ca(OH)₂=3,7·10^-6 г/л.

В заявленном способе обеззараживают жидкую фазу следующим образом. Пропускают смесь через отстойник 6 горизонтальный с тонкослойными модулями 7 из углеграфита (углеграфитовыми стержнями), соединенными в сотовую конструкцию.

Отстойник 6 в примере исполнения представляет из себя следующее - (размеры отстойника: длина 30 м, ширина 35 м, глубина 4 м, V=3810 м ³). Пространство горизонтального отстойника пронизано плоскими тонкослойными модулями 7 из углеграфита по всему объему отстойника (7 пластин, длина 30 м, расстояние между пластинами 5 см). Толщина плоских углеграфитовых пластин 2-3 мм. Смесь подается в отстойник вдоль пластин со скоростью 1.7 мм/сек (КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ СНиП 2.04.03-85*) (стр.31). Смесь подвергается нанокластерному воздействию и обеззараживается.

Оксигидрат железа (Fe₂O₃·nHO) используют как источник нанокластеров.

В «Центре гигиены и эпидемиологии по Челябинской области» было сделано предположение о разрыве под воздействие нанотоков клеток яиц паразитов для разрушения оболочки этих паразитических червей и полной остановки их дальнейшего размножения.

В течение семи с половиной часов (в статическом режиме) вода в горизонтальном отстойнике подвергалась воздействию нанотоков. Ток, возникающий в системе, замеряли на специальном электронном оборудовании с частотой опроса системы 5 раз в секунду. После воздействия нанотока в бактериальных посевах наличия яиц не было обнаружено.

«Обезвреженные» нанотоком растворы были направлены в «Центр гигиены и эпидемиологии по Челябинской области», где применяя специальные методики для обнаружения гельминтов, было выявлено:

- полное разрушение оболочки паразитических микроорганизмов лямблий и, как следствие - полная очистка от них;

- разрушение внутреннего слоя яиц описторходов, аскариды.

По итогам проделанной работы, можно сделать вывод, что воздействие нанотоков на коллоидные органические жидкости, в составе которых имеются круглые паразитические черви, приводит к образованию пикообразных выплесков тока. Можно предположить, что при наличии таких графических изображений зависимости тока от времени происходит разрушение внешней оболочки микроорганизмов и, как следствие, их полное уничтожение.

Пробы для модельных испытаний отбирались на выходе с горизонтального отстойника. Анализы для определения физико-химических показателей выполнялись в лаборатории ОСК г.Челябинска. Исходя из анализа полученных в процессе испытаний данных, получены следующие результаты, приведенные в таблицах 2-4.

Оптимальный ток и время воздействия - 40 нА и время воздействия 7,5 часов (450 мин).

Наноток в системе устанавливается самопроизвольно. Силу тока отмечали в таблице по модулю, так как ток в системе возникает самопроизвольно и идут сильные колебания в системе. Прибор отмечает и положительные значения, и отрицательные значения электротока.

Выбрали ток 40 нА и время воздействия 7.5 часов для уничтожения сразу всей патогенной микрофлоры.

В таблице 2 представлена зависимость силы электротока от времени воздействия на яйца описторходов.

Таблица 2
№	I, Сила электротока, нА	t, время, мин	Патогенная микрофлора
1	0	0	9 экз. в 10 л
2	40	450	н/о
3	30	450	н/о
4	20	400	н/о
5	30	400	н/о
6	40	300	н/о
7	50	170	н/о
8	60	120	н/о
9	70	70	н/о
10	88	0	н/о
11	90	10	н/о

На основании анализа экспериментальных данных установили оптимальную силу тока 40 нА и воздействие на патогенную микрофлору в течение 7,5 часов. Начиная с 40 нА, происходит уничтожение яиц описторход.

В таблице 3 представлена зависимость силы электротока от времени воздействия на яйца аскарид.

Таблица 3
№	I, Сила электротока, нА	t, время, мин	Патогенная микрофлора
1	0	0	9 экз. в 10 л
2	1.5	2	н/о
3	2.5	10	н/о
4	3.0	40	н/о
5	2.5	100	н/о
6	2.0	150	н/о
7	2.5	200	н/о
8	5.0	250	н/о
10	2.0	300	н/о

На основании анализа экспериментальных данных установили оптимальную силу тока 1,5 нА и воздействие на патогенную микрофлору в течение 2 минут. Яйца аскарид уничтожаются при силе тока 1,5 нА и воздействии на патогенную микрофлору в течение 2 минут.

В таблице 4 представлена зависимость силы электротока от времени воздействия на яйца лямблий.

Таблица 4
№	I, Сила электротока, нА	t, время, мин	Патогенная микрофлора
1	0	0	11 цист в 10 л
2	1.5	2	н/о
3	10	10	н/о
4	25	50	н/о
5	23	100	н/о
6	19	125	н/о
7	7	175	н/о
8	7	200	н/о
9	12	250	н/о
10	10	300	н/о

На основании анализа экспериментальных данных установили оптимальную силу тока 1,5 нА и воздействие на патогенную микрофлору в течение 2 минут. Яйца лямблий уничтожаются при силе тока 1,5 нА и воздействии на патогенную микрофлору в течение 2 минут.

В заявленном способе установлен факт уничтожения яиц лямблий, описторход, аскарид при индуцировании стохастического резонанса нанокластерных выплесков, их разрядка на углеграфитовых электродах.

Воздействие нанотоков на коллоидные органические жидкости, в составе которых имеются круглые паразитические черви, приводит к разрушению внешней оболочки микроорганизмов и, как следствие, их полному уничтожению. На основании анализа экспериментальных данных установили оптимальную силу тока 40 нА и воздействие на патогенную микрофлору в течение 7,5 часов. Начиная с 40 нА происходит уничтожение яиц лямблий, описторход, аскарид. Яйца аскарид уничтожаются при силе тока 1,5 нА и воздействии на патогенную микрофлору в течение 2 минут; яйца лямблий уничтожаются при силе тока 1,5 нА и воздействии на патогенную микрофлору в течении 2 минут. Через 7.5 часов воздействия нанотоков на коллоидные органические жидкости, в составе которых имеются круглые паразитические черви, при анализе морфофизиологического состояния паразитарных патогенов было выявлено: яйца гельминтов имели признаки разрушения: разрывы оболочек, сморщивание, инвазинацию наружной оболочки, деструктуризацию внутреннего содержимого, разрывы яиц на отдельные фрагменты, что свидетельствует об их полной нежизнеспособности.

Результаты исследований показали целесообразность применения нанотоков на очистных сооружениях птицефабрик в качестве эффективного метода обезвреживания всего объема сточных вод от яиц гельминтов, что позволяет существенно снизить риск заражения населения возбудителями паразитарных заболеваний.

В заявляемом изобретении повышается эффективность технологии утилизации и обеззараживания куриного помета, снижается энергоемкость и сокращаются вредные выбросы в окружающую среду, за счет того, что пропущенную через сепаратор жидкую фракцию смешивают с известковым молочком в количестве m Ca(OH)₂ =3,7·10^-6 г/л (для удаления ионов аммония и фосфатов), после чего ее подают в горизонтальный отстойник с электродной системой, установленной по всему его объему и состоящей из 7 плоских углеграфитовых пластин, длиной 30 м, толщиной 2-3 мм с расстоянием между пластинами 5 см, где выдерживают в течение семи с половиной часов, воздействуя нанотоками 40 нА.