Изобретение относится к производству удобрений из экскрементов животных и птицы и может быть применено при производстве экологически чистого органоминерального удобрения, сбалансированного по макро- и микроэлементам. The invention relates to the production of fertilizers from animal and poultry excrement and can be used in the production of environmentally friendly organic-mineral fertilizers balanced by macro- and microelements.
Известно получение удобрений из отходов, в том числе из экскрементов животных и птицы методом аэробного разложения (ферментацией) в присутствии углеродсодержащего обезвоживающего агента, например соломы, опилок, торфа, при температуре 70 - 78oC и при прямоточном продувании смеси кислородсодержащим газом. Общая длительность данного процесса составляет 4 - 6 сут. Основной недостаток данного известного способа заключается в образовании удобрения, не сбалансированного по микроэлементам, что приводит к необходимости в дальнейшем вводить в почву недостающие микроэлементы. Это делает процесс трудоемким, неэкономичным и длительным [1].It is known to obtain fertilizer from waste, including animal and bird excrement, by aerobic decomposition (fermentation) in the presence of a carbon-containing dehydrating agent, for example straw, sawdust, peat, at a temperature of 70 - 78 o C and with direct-flow blowing of the mixture with an oxygen-containing gas. The total duration of this process is 4-6 days. The main disadvantage of this known method is the formation of fertilizers that are not balanced for trace elements, which leads to the need to further introduce the missing trace elements into the soil. This makes the process time-consuming, uneconomical and lengthy [1].
В другом известном способе, выбранном в качестве прототипа, удобрение получают смешиванием измельченного куриного помета с влагопоглощающим углеродсодержащим материалом, доведением температуры смеси до 20 - 25oC, загрузкой влажной нагретой смеси в реактор, продувкой ее кислородсодержащим газом 9 - 12 ч в направлении снизу вверх и в поперечном направлении до поднятия температуры до 70 - 90oC и затем в течение 70 - 90 ч до окончания ферментации. В качестве влагопоглощающего соединения также используют углеродсодержащее природное сырье (торф, опилки, солому и т.п.) [2]. В данном способе загружаемая в реактор смесь имеет однородный состав с размером частиц до 12 мм, влажность 50 - 55% и соотношение азота к углероду, равное 1 : 25, а получаемое удобрение представляет собой однородный сыпучий продукт с объемной массой около 700 - 750 кг/м3, влажностью 30 - 45% и составом, мас.%: Nобщ 2,7, P2O5 4,6, K2O 2,3, pH 6,1. Однако, настоящий способ является достаточно трудоемким, энергоемким и сложным в конструкционном оформлении, поскольку он содержит дополнительную поперечную продувку перерабатываемой субстанции и подогрев ее до 25oC перед загрузкой в ферментер, что и обеспечивает повышенную производительность данного способа [2] по сравнению с другим известным способом [1] . Кроме того, получаемое данным способом удобрение также не сбалансировано по микроэлементам. Имеющиеся же в данном удобрении микроэлементы находятся в плохо усвояемой форме. По этим двум причинам при применении такого удобрения необходимо вносить в почву недостающие микроэлементы, что неэкономично и трудоемко.In another known method selected as a prototype, fertilizer is obtained by mixing crushed chicken manure with a moisture-absorbing carbon-containing material, adjusting the temperature of the mixture to 20-25 o C, loading the wet heated mixture into the reactor, blowing it with an oxygen-containing gas for 9-12 hours in the direction from the bottom up and in the transverse direction until the temperature rises to 70 - 90 o C and then for 70 - 90 hours until the end of the fermentation. Carbon-containing natural raw materials (peat, sawdust, straw, etc.) are also used as a moisture-absorbing compound [2]. In this method, the mixture loaded into the reactor has a homogeneous composition with a particle size of up to 12 mm, a moisture content of 50 - 55% and a nitrogen to carbon ratio of 1: 25, and the resulting fertilizer is a homogeneous bulk product with a bulk density of about 700 - 750 kg / m 3 , humidity 30 - 45% and composition, wt.%: N total 2.7, P 2 O 5 4.6, K 2 O 2.3, pH 6.1. However, the present method is rather laborious, energy-intensive and difficult to design, since it contains additional transverse purging of the processed substance and heating it to 25 o C before loading into the fermenter, which provides increased productivity of this method [2] compared to other known by the method of [1]. In addition, the fertilizer obtained by this method is also not balanced by trace elements. The microelements present in this fertilizer are in a poorly digestible form. For these two reasons, when applying this fertilizer, it is necessary to introduce the missing trace elements into the soil, which is uneconomical and time-consuming.
Новый способ получения удобрения из экскрементов животных и птицы осуществляется смешением экскрементов с углеродсодержащим влагопоглощающим материалом и биологически-активной добавкой, включающей следующие компоненты: а) фосфонсодержащий комплексон в количестве, эквимолярном общему содержанию микроэлементов в смеси; б) фосфонсодержащие комплексонаты микроэлементов в количестве, доводящем содержание микроэлементов до нормы, необходимой для растений; в) свежие экскременты животных или птицы в количестве, равном 1 мас. ч. на 1000 мас.ч. смеси. Новый способ отличается от способа-прототипа исходным составом смеси, а именно наличием биологически-активной добавки определенного состава. В состав этой добавки входит фосфонсодержащий комплексон, в качестве которого применяются такие соединения как оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), этилендиаминтетраметилфосфоновая кислота (ЭДТФ) и другие. Комплексон в состав добавки входит в количестве, эквимолярном содержанию микроэлементов, что объясняется необходимостью связывания всех микроэлементов. Другой компонент биологически-активной добавки - смесь комплексонатов микроэлементов (Cu, Fe, Co, Mn, Zn), балансирующих удобрения по микроэлементам. Количество же каждого микроэлемента в удобрении определяется нормами, необходимыми для растений. Третьим, необходимым компонентом добавки является свежий экскремент животных или птицы той же природы, что и экскремент основы удобрения. Необходимость введения свежего экскремента объясняется тем, что он содержит необходимые мезофильные и термофильные аэробные штаммы бактерий, которые спонтанно размножаются в присутствии комплексона и комплексоната, ферментируя экскременты уже при приготовлении субстанции для ферментации. Свежий экскремент вводится в биологически-активную добавку в количестве 1 мас.ч. на 1000 мас. ч. смеси. В случае занижения количества свежего экскремента ниже указанного количества наблюдается снижение скорости ферментации. Завышение же количества свежего экскремента экономически необосновано. Для приготовления удобрения используется как помет птицы, так и экскременты различных животных (коровы, лошади и т.д.). В качестве влагопоглощающей добавки в новом способе, как и в способе-прототипе, используются природные углеродсодержащие соединения (торф, солома и т.д.) в количестве, регламентированном соотношением азота к углероду, которое должно поддерживаться на уровне 1 : 25. A new method for producing fertilizer from animal and bird excrement is carried out by mixing excrement with a carbon-containing moisture-absorbing material and a biologically active additive that includes the following components: a) phosphon-containing complexone in an amount equimolar to the total content of trace elements in the mixture; b) phosphoniferous complexonates of trace elements in an amount that brings the content of trace elements to the norm necessary for plants; c) fresh excrement of animals or birds in an amount equal to 1 wt. hours per 1000 parts by weight mixtures. The new method differs from the prototype method in the initial composition of the mixture, namely, the presence of a biologically active additive of a certain composition. The composition of this additive includes a phosphon-containing complexon, which is used as compounds such as hydroxyethylene diphosphonic acid (OEDP), nitrilotrimethylphosphonic acid (NTP), ethylenediaminetetramethylphosphonic acid (EDTP) and others. Complexon in the composition of the additive is included in an amount equimolar to the content of trace elements, which is explained by the need to bind all trace elements. Another component of a biologically active additive is a mixture of microelement complexonates (Cu, Fe, Co, Mn, Zn) that balance fertilizers with microelements. The amount of each trace element in the fertilizer is determined by the norms necessary for plants. The third, necessary component of the supplement is fresh excrement of animals or birds of the same nature as the excrement of the fertilizer base. The need for introducing fresh excrement is explained by the fact that it contains the necessary mesophilic and thermophilic aerobic strains of bacteria that spontaneously propagate in the presence of complexon and complexonate, fermenting excrement even when preparing the substance for fermentation. Fresh excrement is introduced into a biologically active additive in an amount of 1 wt.h. per 1000 wt. hours mixture. In case of underestimation of the amount of fresh excrement below the specified amount, a decrease in the fermentation rate is observed. The overestimation of the amount of fresh excrement is economically unjustified. For the preparation of fertilizer, both bird droppings and excrement of various animals (cows, horses, etc.) are used. As a moisture-absorbing additive in the new method, as in the prototype method, natural carbon-containing compounds (peat, straw, etc.) are used in an amount regulated by the ratio of nitrogen to carbon, which should be maintained at a level of 1: 25.
В новом способе процесс мезофильной стадии ферментации начинается еще до загрузки смеси в ферментер, на стадии смешения компонентов, что приводит к самопроизвольному повышению температуры до 25 - 30oC. После загрузки смеси в ферментер при аэрации смеси происходит быстрый переход к термофильной стадии ферментации, осуществляемый при 70 - 90oC, которая заканчивается в течение 3 - 4 сут.In the new method, the process of the mesophilic fermentation stage begins even before the mixture is loaded into the fermenter, at the stage of mixing the components, which leads to a spontaneous increase in temperature to 25 - 30 o C. After loading the mixture into the fermenter during aeration of the mixture, a quick transition to the thermophilic fermentation stage occurs, carried out at 70 - 90 o C, which ends within 3 to 4 days.
Новый способ, таким образом, за счет введения биологически-активной добавки обеспечивает ускоренное получение экологически чистого органо-минерального удобрения, сбалансированного по микро- и макроэлементам, а также снижает энергоемкость процесса. Получаемое данным способом удобрение характеризуется повышенной усвояемостью микроэлементов за счет образования хелатных соединений, а также сочетанием положительных свойств как минеральных, так и органических удобрений, содержанием необходимых для растений количеств азота, углерода, фосфора, кальция, калия и микроэлементов (меди, марганца, железа, кобальта, молибдена, цинка и других), а также повышенной биологической активностью, что повышает плодородие почвы за счет бактериальной флоры. Thus, the new method, due to the introduction of a biologically active additive, provides accelerated production of environmentally friendly organo-mineral fertilizers balanced by micro and macro elements, and also reduces the energy intensity of the process. The fertilizer obtained by this method is characterized by increased digestibility of trace elements due to the formation of chelate compounds, as well as a combination of the positive properties of both mineral and organic fertilizers, the amount of nitrogen, carbon, phosphorus, calcium, potassium and trace elements (copper, manganese, iron, cobalt, molybdenum, zinc and others), as well as increased biological activity, which increases soil fertility due to the bacterial flora.
Пример 1. Куриный помет с промышленной птицефабрики измельчают, пропускают через грохот для отделения посторонних примесей и смешивают очищенный помет (120 т) с рассчитанным количеством соломы (80 т) при влажности субстанции 55 - 60%. Затем добавляют биологически-активную композицию, содержащую оксиэтилендифосфоновую кислоту (20 кг), оксиэтилендифосфонаты следующих элементов, кг: железо 0,5; медь 0,3; марганца 0,5; цинк 0,5; молибден 0,5; кобальт 0,3; бор 0,2, а также свежий куриный помет в количестве, составляющем 1 мас.%: (200 кг). Количество комплексона и комплексонатов рассчитывается согласно существующим нормам для растений, утвержденным Государственной Комиссией по химическим средствам и Министерством сельского хозяйства. Полученную смесь нейтрализуют доломитовой мукой до pH 8-7. При смешении компонентов смеси в смесителе температура самопроизвольно повышается до 25 - 30oC. Полученную субстанцию с помощью фронтального погрузчика загружают в герметичный реактор-ферментер, который представляет собой кирпичное здание, размерами 5,5•11•4,5 (м), в основании которого проложены перфорированные трубы диаметром 80 мм с отверстиями диаметром 10 мм, расположенными на расстоянии 30 - 40 см друг от друга, служащих для подачи воздуха. Ферментер также снабжен вентилятором высокого давления, мощностью 10 - 15 кВт, вытяжным вентилятором, приборами автоматики и контроля. После загрузки смеси до высоты слоя 1,5 м ферментер герметически закрывают и через смесь пропускают воздух снизу вверх при скорости продувания 10 м3/ч. После установления температуры субстанции 70 - 90oC смесь поддерживают в этом температурном режиме до резкого снижения температуры до 30 - 40oC. Пропущенный через субстанцию воздух и образовавшиеся при реакции газы (аммиак, углекислый газ, сероводород) удаляют из реактора с помощью вытяжной вентиляции, вмонтированной в потолочное перекрытие. Получаемый готовый продукт содержит, мас.%: азот 6,8% фосфор 6,5 в виде пятиокиси, калий 1,5; оксид кальция 2; pH 7. Азотные соединения, входящие в состав удобрения, в основном, представляют собой белки и продукты их распада, например основные аминокислоты, присутствующие во всех растительных и животных белках, в частности лизин (0,8 мас. %). В пересчете на сухое вещество готовый продукт содержит, мас.%: сырой протеин 30; сырая клетчатка 13; безазотистые эктрактивные вещества 30; жир 5; зола 16,6; магний 0,2; медь 0,08; марганец 0,06; цинк 0,03; кобальт 0,08; молибден 0,02; сера 0,004; бор 0,005.Example 1. Chicken manure from an industrial poultry farm is crushed, passed through a screen to separate impurities and cleaned manure (120 t) is mixed with the calculated amount of straw (80 t) at a substance moisture content of 55-60%. Then add a biologically active composition containing oxyethylene diphosphonic acid (20 kg), oxyethylene diphosphonates of the following elements, kg: iron 0.5; copper 0.3; manganese 0.5; zinc 0.5; molybdenum 0.5; cobalt 0.3; boron 0.2, as well as fresh chicken droppings in an amount of 1 wt.%: (200 kg). The amount of complexon and complexonates is calculated according to existing standards for plants, approved by the State Commission for Chemicals and the Ministry of Agriculture. The resulting mixture is neutralized with dolomite flour to a pH of 8-7. When mixing the components of the mixture in the mixer, the temperature spontaneously rises to 25 - 30 o C. The obtained substance is loaded with a front-end loader into a sealed reactor-fermenter, which is a brick building, measuring 5.5 • 11 • 4.5 (m), in the base of which is laid perforated pipes with a diameter of 80 mm with holes with a diameter of 10 mm, located at a distance of 30 - 40 cm from each other, serving to supply air. The fermenter is also equipped with a high-pressure fan, with a power of 10 - 15 kW, an exhaust fan, automation and control devices. After loading the mixture to a layer height of 1.5 m, the fermenter is hermetically sealed and air is passed through the mixture from the bottom up at a blowing rate of 10 m 3 / h. After establishing the temperature of the substance 70 - 90 o C, the mixture is maintained in this temperature until the temperature drops sharply to 30 - 40 o C. The air passed through the substance and the gases formed during the reaction (ammonia, carbon dioxide, hydrogen sulfide) are removed from the reactor using exhaust ventilation mounted in the ceiling. The resulting finished product contains, wt.%: Nitrogen 6.8% phosphorus 6.5 in the form of pentoxide, potassium 1.5; calcium oxide 2; pH 7. The nitrogen compounds that make up the fertilizer are mainly proteins and their decomposition products, for example, the basic amino acids present in all plant and animal proteins, in particular lysine (0.8 wt.%). In terms of dry matter, the finished product contains, wt.%: Crude protein 30; crude fiber 13; nitrogen-free extractives 30; fat 5; ash 16.6; magnesium 0.2; copper 0.08; manganese 0.06; zinc 0.03; cobalt 0.08; molybdenum 0.02; sulfur 0.004; boron 0.005.