EA022198B1 - Способ получения продукта на основе фекалий животных, а также установка для получения продукта, в частности продукта-удобрения - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу получения продукта на основе фекалий животных, отличающемуся тем, что фекалии млекопитающих полностью или частично растворяются с использованием окисляющей кислоты, твердые кислотонерастворимые компоненты отделяются, если необходимо, и жидкий компонент нейтрализуется основанием. Кроме того, настоящее изобретение относится к установке для получения продукта, причем установка содержит: (i) фекальный реактор (3) для поступления фекалий животных, где реактор снабжен устройством подачи окисляющей кислоты; (ii) возможное сепараторное устройство для отделения твердых кислотонерастворимых компонентов и (iii) реактор-нейтрализатор (5) для нейтрализации части фекалий, растворенных с помощью окисляющей кислоты, где реактор-нейтрализатор (5) снабжен устройством подачи основания. Изобретение обеспечивает продукт, по существу, без запаха для использования в качестве удобрения для культур.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения продукта на основе фекалий животных, а также к установке для получения продукта. Кроме того, изобретение относится к продукту как таковому и к применению фекалий животных для получения безмикробного продукта, который является особенно применимым в качестве удобрения. До сих пор фекалии, например, домашнего скота считались отходами с очень ограниченным применением. С помощью настоящего изобретения фекалии превращаются в полезный продукт, который может быть применим в качестве удобрения на отдельной ферме, где он получается, или может продаваться как продукт.

Предпосылки создания изобретения

В настоящем изобретении выражение суспензия используется в качестве общего обозначения смеси мочи и экскрементов животных. Суспензия может быть разделена на твердую влажную фазу, обозначающую фекалии в данной заявке, и жидкую фазу, обозначающую жидкий навоз в данной заявке.

Жидкое удобрение изготавливается в промышленности путем суспендирования различных питательных солей в воде. Указанные соли должны быть легко растворимыми в воде, и они обычно содержат азот (Ν), фосфор (Р), калий (К), кальций (Са), серу (8), магний (Мд), марганец (Мп), медь (Си), бор (В), хлор (С1) или железо (Ре). Композиция указанных элементов обычно оптимизируется относительно типа почвы, культур, предназначенных для внесения удобрений, и фазы роста культур. Указанные питательные соли могут дозироваться, например, в форме подходящей комбинации солей: нитрата кальция (источник Са и Ν), фосфата калия (источник К и Р), сульфата меди (источник Си), сульфата марганца (источник Мп), сульфата магния (источник Мд), борной кислоты (источник В), хлорида калия (источник К и С1) и цитрата железа (источник Ре). Это значит, что каждый человек с доступом к воде и подходящим водорастворимым питательным солям может легко комбинировать и смешивать жидкое удобрение для использования в культивировании пахотной земли, лесов, парков, площадок для игры в гольф и т.д. Синтетически полученное искусственное удобрение представляет собой комбинацию питательных солей, но химические свойства указанных питательных солей не зависят от того, как они получаются. Поэтому после рассмотрения настоящего изобретения более или менее химически полученное синтетическое удобрение заменяют продуктом, содержащим питательные соли, получаемым от животных, который может использоваться в качестве удобрения.

Хорошо известно, что суспензия и/или фекалии содержат питательные соли, так что суспензия/фекалии могут сами действовать как удобрение. Обычно суспензия применяется непосредственно без существенной обработки для удобрения полей. Однако запах от поля с распыленной суспензией является неприятным и может быть предметом недовольства людей, находящихся на застроенных площадях, близких к ферме.

Способы химической обработки суспензии являются известными. Например, введение серной кислоты, обозначенной символом Н+ в примере ниже. Указанная обработка выполняется для ограничения испарения аммиака, обозначенного символом ΝΗ₃ в примере ниже, из суспензии. Мочевина, выделившаяся в жидком навозе млекопитающих, разлагается на аммиак в суспензии. Утверждается, что указанный аммиак замедляет степень роста млекопитающих и загрязняет непосредственное окружение помещения для животных. Когда серная кислота вводится в суспензию, рН будет падать, и аммиак будет превращаться в аммониевые ионы согласно формуле

ΝΗ₃ (растворенный в фазе суспензии) + Н+ ΝΗ₄+ (растворенный в фазе суспензии)

Образование аммониевых ионов ΝΗ₄+, таким образом, замедляет фазовый переход ΝΗ₃ (растворенный в фазе суспензии) ΝΗ₄+ (растворенный в атмосфере помещения), т.к. аммониевые ионы не могут испаряться. Как показано в примере, целью вышеуказанного способа является только связывание аммиака в фазе суспензии для ограничения выделения аммиака из помещения для животных. Фактическая переработка в продукт способом не охватывается. Кроме того, способ относится к фазе всей суспензии.

ЭК 134545 описывает способ получения продукта-удобрения обработкой навоза животных минеральными кислотами и последующей нейтрализацией кислоты основанием. В способе предпочтительно используется серная кислота, но могут также использоваться азотная кислота или фосфорная кислота. Однако используемая концентрация кислоты является небольшой (рН составляет предпочтительно около 1), отсутствует явное разложение или окисление вещества и не описываются какие-либо преимущества разложения или окисления компонентов навоза животных. Способ является особенно подходящим для домашнего удобрения.

ΌΌ 134477 описывает катализированный кислотой гидролиз навоза животных для получения кормовых продуктов. Г идролиз может быть выполнен с помощью неорганических кислот, предпочтительно используется концентрированная хлористо-водородная кислота. Способ осуществляется при температуре приблизительно 100°С. После выполнения кислотного гидролиза кислота нейтрализуется основанием.

ΌΕ 301550 описывает обработку животных отходов азотной кислотой с последующей нейтрализацией (мелом) для получения продукта. Конкретные результаты обработки подробно не описаны.

ОВ 1549959 описывает способ получения питательной среды для микроорганизмов путем гидролиза под давлением суспензии с минеральными кислотами в качестве катализатора при повышенной тем- 1 022198 пературе. Гидролиз предпочтительно выполняется с серной кислотой, и она затем нейтрализуется гидроксидом аммония.

Известно, что синтетически получаемые питательные соли, обычно применяемые в качестве синтетического удобрения, могут быть получены непосредственно на животноводческой ферме в связи с постобработкой фекалий и/или суспензии млекопитающих.

Ингибирование уреазы может быть указано в качестве другого примера химической обработки. Уреаза представляет собой фермент, выделяемый с фекалиями млекопитающих. Уреаза катализирует гидролиз натуральной мочевины, содержащейся в жидком навозе, в аммиак. Способ предполагает переработку жидкого навоза. Так, предполагается для дальнейшего экспорта, например, образование мочевиноформальдегидного полимера путем введения различных реагентов в предварительно обработанную фракцию жидкого навоза. Должно быть отмечено, что способ не содержит фекалии, а содержит только жидкий навоз.

Целью настоящего изобретения является снабжение почвы питательными солями из фекалий животных в подходящей форме, которая не дает неприятности присутствующего запаха в какой-либо заметной степени. Другой целью настоящего изобретения является создание полезного продукта, который может использоваться в качестве удобрения на землях, принадлежащих ферме, на которой получается суспензия, или получение продукта как объекта торговли. Другой целью является получение большего числа убойных животных, чем обеспечивается крупными специалистами на базе доступного пастбища.

Описание изобретения

Настоящее изобретение относится к способу получения продукта на основе фекалий животных, отличающемуся тем, что:

a) фекалии млекопитающих полностью или частично растворяются окисляющей кислотой,

b) твердые нерастворимые кислотой компоненты отделяются, если необходимо, и

c) жидкий компонент нейтрализуется основанием.

Растворение фекалий и последующая нейтрализация неожиданно дают продукт, по существу, без запаха. Данный продукт может вноситься непосредственно на культивируемую площадь в качестве удобрения, поэтому питательные соли из фекалий используются как удобрение выращиваемой культуры.

Окисляющей кислотой может быть любая окисляющая кислота или другие окислители, растворенные в кислоте. Окисляющая кислота предпочтительно выбрана из группы, состоящей из азотной кислоты (ΗΝΟ₃), азотной кислоты, смешанной с ΝΟ₂ (дымящей азотной кислоты), пероксиазотной кислоты (ΗΝΟ₄), пероксофосфорной кислоты (Н₃РО₅, Н₄Р₂О₅), гипофосфорной кислоты (Н₄Р₂О₆), пирофосфорной кислоты (Η₄Ρ₂Ο₇), пероксодифосфорной кислоты (Н₄Р₂О₈), пероксосерной кислоты (Η₂δΟ₅), тиосерной кислоты (Η₂δ₂Ο₃, Η₂δ₂Ο₄, Η₂δ₂Ο₅, Η₂δ₂Ο₆), пиросерной кислоты (Η₂δ₂Ο₇), пероксидисерной кислоты (Η₂δ₂Ο₈), гипохлористой кислоты (ΗΟ1Ο), хлористой кислоты (ΗΟ1Ο₂), хлорноватой кислоты (ΗΟ1Ο₃), перхлорной кислоты (ΗΟ1Ο₄), бромноватой кислоты (ΗΒτΟ₃), йодноватой кислоты (ΗΙΟ₃), периодной кислоты (ΗΙΟ₄, Η₅ΙΟ₆), перщавелевой кислоты, пермуравьиной кислоты, перуксусной кислоты и пербензойной кислоты или смеси двух или более из них. В одном аспекте изобретения окисляющая кислота используется вместе с другой неокисляющей кислотой для улучшения растворимости фекалий. Другая неокисляющая кислота может быть выбрана из группы, состоящей из хлористо-водородной кислоты, серной кислоты, муравьиной кислоты, хлоромуравьиной кислоты, монохлороуксусной кислоты, дихлороуксусной кислоты, трихлороуксусной кислоты, щавелевой кислоты и малеиновой кислоты, или неокисляющая кислота может быть смесью двух или более из указанных кислот.

В предпочтительном аспекте изобретения окисляющей кислотой является азотная кислота. Азотная кислота содержит нитратный ион (ΝΟ₃ ^-), который имеет хорошо известный фертилизирующий эффект. Использование азотной кислоты может увеличить фертилизирующее значение продукта, который может быть получен из фекалий. Особенно хорошая способность растворяться получается, если другая неокисляющая кислота, выбранная из сильных кислот, таких как хлористо-водородная кислота или серная кислота, вводится в фекалии одновременно с введением азотной кислоты. Хлористо-водородная кислота является особенно предпочтительной, поскольку данная кислота имеет небольшую или не имеет тенденцию карбонизировать компоненты фекалий.

Некоторые кислоты стремятся вызвать карбонизацию некоторых органических веществ в фекалиях животных. В частности, непереваренные углеводы, выведенные с фекалиями из животных, могут привести к карбонизации. Указанные углеродные остатки могут иметь механически ингибиторный эффект в технической установке, образуя физический каркас растворения фекалий. Окисляющая кислота возможно в комбинации с одной или более неокисляющими кислотами предпочтительно выбирается так, чтобы карбонизация не имела место в любой значительной степени. Кроме того, окисляющая кислота возможно в комбинации с одной или более неокисляющими кислотами выбирается так, что комбинация кислот является совместимой с металлическими сплавами в установке, которая находится в непосредственном контакте с комбинацией кислот. Некоторые типы стали являются, таким образом, несовместимыми с серной кислотой, и поэтому это должно быть принято во внимание при выборе данной кислоты. В качестве начала выбора комбинации кислот должно быть, таким образом, обеспечено, чтобы фекалии могли адекватно растворяться с желаемой скоростью при выбранной температуре без какого-либо значительно- 2 022198 го образования остатков карбонизированного продукта и чтобы коррозионные свойства технической установки в контакте с комбинацией кислот являлись достаточными для того, чтобы избежать коррозии оборудования. Путем начальных экспериментов, находящихся в объеме знаний специалиста в данной области техники, определяется комбинация кислот, отвечающая требованиям технических условий.

Окисляющая кислота предпочтительно применяется в высокой концентрации с получением наиболее возможной высокой степени растворения фекалий. В том случае, когда используется азотная кислота, она предпочтительно используется в концентрации, превышающей 10 мас.%. Коммерчески доступная азотная кислота в концентрации 33 мас.% является подходящей.

Тип и количество окисляющей кислоты, возможно, в комбинации с другой неокисляющей кислотой предпочтительно выбираются так, что растворяется по меньшей мере 50 мас.% фекалий, рассчитанных на основе содержания сухого вещества. Предпочтительно растворяется 70 мас.% или более фекалий. Увеличенное растворение фекалий дает, соответственно, увеличенное количество питательных веществ, получаемых из них, так что фертилизирующий потенциал фекалий используется лучше.

При благоприятных условиях растворяется, по существу, все количество фекалий. Нерастворенными остаются только нерастворимые компоненты, такие как камни и другие инородные тела. Иногда нерастворенными остаются органические компоненты, и они обычно отделяются на стадии Ь. Отделенная влажная твердая фракция подходяще обрабатывается сильным основанием с растворением таких компонентов, по меньшей мере, частично. Сильное основание может быть выбрано из гидроксида щелочного металла, гидроксида щелочно-земельного металла или водного раствора фосфата щелочного металла. Особенно предпочтительным в качестве сильного основания является гидроксид натрия.

Стадия нейтрализации способа может быть выполнена с любым основанием, способным нейтрализовать жидкий компонент. Стадия нейтрализации предпочтительно выполняется с основанием, выбранным из группы, состоящей из аммиачной воды (ΝΗ₄ΟΗ), гидроксида щелочного металла, гидроксида щелочно-земельного металла, водного раствора фосфата щелочного металла и водного раствора фосфата аммония (водорода). В одном варианте основная жидкая фаза, полученная на возможной стадии дополнительной солюбилизации твердых компонентов, используется для нейтрализации после обработки окисляющей кислотой.

Для создания продукта с фертилизирующим значением для конкретных условий культивирования важно знать состав продукта. Содержание азота, фосфора, калия и других компонентов может быть, таким образом, определено на любой стадии способа. В предпочтительных вариантах содержание азота, фосфора, калия определяется после стадии Ь или с. Содержание азота, фосфора, калия может дополнительно регулироваться введением компонентов, содержащих фосфор, калий и возможно азот, так что получается заданное соотношение между азотом, фосфором и калием (ΝΡΚ). Аналогично, может определяться содержание кальция (Са), серы (§), магния (Мд), марганца (Мп), меди (Си), бора (В), хлора (С1) и железа (Ре), и, если необходимо, может быть введен источник одного или более указанных веществ с достижением заданного соотношения между веществами.

Нейтрализация на стадии с может быть выполнена таким образом, что принимается в расчет рН конечного продукта. Таким образом, можно проводить нейтрализацию с использованием количества и типа основания, так что конечный рН продукта находится в интервале 4-10. В предпочтительном варианте нейтрализация выполняется так, что конечный рН продукта находится в интервале 6-8. Если желательно, нейтрализация на стадии с может быть выполнена перед отделением твердых компонентов на стадии Ь. Другой подходящей возможностью является выполнение стадии отделения после проведения нейтрализации на стадии с.

Способ согласно настоящему изобретению может быть применим к фекалиям всех видов домашних животных и животных ферм. Однако способ является особенно предпочтительным для применения с фекалиями свиней. Фекалии свиней могут быть обеспечены отделением жидкой фракции (жидкого навоза) от суспензии.

Продукт, полученный в соответствии со способом изобретения, может применяться непосредственно в получаемой жидкой форме или в сухой или иной концентрированной форме. В одном варианте способ содержит дополнительную стадию ά, на которой продукт сушат с получением концентрата или твердого продукта. Указанная сушка может быть обеспечена, по меньшей мере, частичным подведением тепла, выделяемого на стадии выпаривания. Сушка может также осуществляться другим способом, таким как сушка распылением.

Настоящее изобретение также относится к продукту как таковому, полученному указанным выше способом. Продукт может быть в твердой или жидкой форме. Если продукт находится в жидкой форме, он может быть концентрирован относительно жидкой фазы, предусмотренной на стадии с, или он может иметь такую же концентрацию, как жидкая фаза со стадии с. Как твердый продукт он может быть в форме порошка, частиц, чешуек или гранулята.

Изобретение, кроме того, относится к установке для получения продукта согласно изобретению. Установка содержит:

(ί) фекальный реактор (3) для получения фекалий животных, где реактор снабжен устройством подачи окисляющей кислоты;

- 3 022198 (ίί) возможно сепараторное устройство для отделения твердых не растворимых в кислоте компонентов и (ίίί) реактор-нейтрализатор (5) для нейтрализации части фекалий, растворенных окисляющей кислотой, где реактор-нейтрализатор (5) снабжен устройством подачи основания.

Фекальный реактор может быть дополнительно снабжен устройством вентилирования газов, получаемых в процессе обработки фекалий окисляющей кислотой. В одном варианте фекальный реактор соединен с вакуумным насосом выше устройства вентилирования газов для того, чтобы поддерживать давление в фекальном реакторе ниже атмосферного давления. Установка может дополнительно содержать газовый коллектор, соединенный с фекальным реактором, для собирания вентилируемых газов.

Фекальный реактор установки может быть выполнен из любого материала, но он предпочтительно выполнен из или имеет внутреннюю обкладку из материала, который, по существу, не разрушается окисляющей кислотой.

Фекальный реактор может быть снабжен устройством для смешения содержимого, таким как мешалка.

Возможное сепараторное устройство установки представляет собой предпочтительно барабанный фильтр, хотя могут использоваться другие типы сепараторов, такие как циклон.

В предпочтительном варианте установка содержит один или более химических бункеров и связанные дозирующие насосы для подачи других веществ в продукт. Указанные химические бункеры могут использоваться для хранения окисляющих кислот, других кислот, основания для нейтрализации и других химических веществ, которые могут быть введены при необходимости согласно способу настоящего изобретения. Химические бункеры и дозирующие насосы предпочтительно выполнены из или имеют внутреннюю обкладку из материала, который, по существу, не разрушается окисляющими кислотами, основаниями или другими химическими веществами.

Кроме того, установка может быть снабжена устройством регенерации тепла, так что тепло может использоваться на любых стадиях, требующих нагрева, способа, таких как выпаривание.

Тепло, в частности, выделяется при введении окисляющей кислоты в фекалии, и установка предпочтительно снабжена устройством регенерации тепла, выделяющегося в ходе данной стадии.

В одном варианте установка содержит устройство для сушки продукта. Устройством для сушки продукта может быть любое подходящее устройство, но в предпочтительном варианте устройство является подходящим для выпаривания или сушки распылением.

На чертеже представлена блок-схема установки согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

В способе изобретения фекалии животных перерабатываются при переводе компонентов фекалий из водонерастворимой формы в водорастворимую форму. Переработка состоит в обработке фекалий окисляющей кислотой, так что нерастворимые (органические) вещества подвергаются реакции, подобной горению (реакция с кислородом). Различие между кислородом и окисляющей кислотой состоит в том, что кислород преобразует комплексные органические структуры в диоксид углерода и воду при полном сгорании, тогда как окисляющая кислота заставляет комплексные соединения, существующие в фекалиях, разлагаться на более мелкие, но более водорастворимые компоненты благодаря кислотным и окислительным условиям. Особым преимуществом, получаемым изобретением, является, таким образом, то, что (органическое вещество в фекалиях) + (окисляющая кислота) (водорастворимое вещество)

Способ настоящего изобретения может быть осуществлен с любой окисляющей кислотой или может использоваться кислотный раствор окислителя. В качестве окисляющей кислоты особенно подходящей является азотная кислота. Когда используется азотная кислота, в дополнение к окисляющему эффекту кислоты вводятся нитратные ионы, которые остаются растворенными в водной фазе, содержащей компоненты, солюбилизированные при обработке. Растворенный нитрат, таким образом, вносит вклад в качестве компонента продукта. Окисляющая кислота предпочтительно используется в высокой концентрации, например, в форме так называемой концентрированной азотной кислоты. Высокая концентрация вносит вклад в эффективную реакцию между окисляющими нитратными ионами и нерастворенными компонентами. Кроме того, в некоторых вариантах в реакционную смесь вводится неокисляющая кислота для того, чтобы дополнительно увеличить концентрацию Н+-ионов. Для этой цели предпочтительными являются относительно сильные кислоты. Высокая концентрация кислоты также обеспечивает другое преимущество в том, что все присутствующие микроорганизмы, такие как бактерии, бактериальные споры, вирусные частицы, грибковые споры, амеба и т.д., по существу, разрушаются. Использование необработанной суспензии вызывает проблемы, т.к. суспензия содержит высокое количество микроорганизмов, например кишечных бактерий, чье присутствие на поле является нежелательным. Внесение в качестве удобрения продукта, полученного способом настоящего изобретения, предотвращает указанную проблему. Аналогично другие нежелательные органические загрязнения, такие как природные гормоны и остатки каких-либо лекарств, возможно присутствующих в суспензии, также разрушаются достаточно, так что больше не обладают их прежним биохимическим эффектом.

Взаимодействие между окисляющей кислотой и фекалиями протекает предпочтительно до тех пор,

- 4 022198 пока не растворяется по меньшей мере 50 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 70 мас.% рассчитанных на основе содержания сухого вещества фекалий. Количество используемой окисляющей кислоты должно быть достаточным для обеспечения солюбилизации. Соотношение между количеством окисляющей кислоты и содержанием сухого вещества фекалий может составлять от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 г кислоты на 1 г сухого вещества, предпочтительно 1-3 г/г сухого вещества. Окисляющая кислота может вводиться в фекалии за одну порцию, или окисляющая кислота может вводиться постепенно небольшими порциями, пока не будет введена вся окисляющая кислота. Кислота предпочтительно вводится с одновременным смешением, например, при перемешивании, с фекалиями. Предпочтительно перемешивание продолжается в течение всего хода реакции.

Время взаимодействия также должно быть достаточным для получения желаемой солюбилизации фекалий. Тип и количество реагентов обычно подбираются так, чтобы время взаимодействия составляло менее 10 ч для обеспечения достаточной экономичности способа. Обычно время взаимодействия не может быть менее 30 мин, т.к. это будет требовать относительно большую пропорцию окисляющей кислоты. Время взаимодействия может составлять от приблизительно 1 ч до приблизительно 10 ч, предпочтительно 3-6 ч. Взаимодействие обычно проводится при слегка пониженном давлении, например приблизительно 800 мбар (80 кПа). Пониженное давление может быть обеспечено с помощью вакуумного насоса, служащего одновременно для вентилирования газов из реакторного контейнера. Давление может подходяще измеряться в трубе, выводящей газ из реактора, который поэтому предусматривает меру давления в контейнере.

Взаимодействие между окисляющей кислотой и фекалиями приводит к выделению тепла, и поэтому может быть уместным измерение температуры в реакторном контейнере. Соответственно, в контакте с реакционной смесью может быть размещен термометр или термопара. Выделяемое тепло может отводиться от реакционной смеси, вызывая поэтому охлаждение реакционной смеси. При необходимости может подаваться дополнительное тепло для развития реакции. Как подача, так и отвод тепла от реакционной смеси могут осуществляться путем пропускания подходящей жидкости, такой как вода или пар, через трубу или трубопровод, заключенные в реакторный контейнер. Скорость жидкости может быть отрегулирована в соответствии с потребностью, например, относительно количества отводимого или подаваемого тепла.

После завершения реакции между окисляющей кислотой и суспендированными фекалиями жидкий компонент реакционной смеси нейтрализуется основанием. Реакторный контейнер может быть снабжен рН-метром в контакте с реакционной смесью для измерения рН. Для нейтрализации может использоваться любое подходящее основание. Введение основания может контролироваться информацией от рНметра, который может функционировать в контуре питания, так что рН измеряется после постепенного добавления основания, и измеренное значение используется для оценки дополнительной необходимости введения основания. Предпочтительно рН корректируется с получением рН конечного продукта приблизительно 4-10, предпочтительно от приблизительно 6 до приблизительно 8.

Любые оставшиеся твердые компоненты могут быть отделены от суспензии после реакции. Отделение может быть выполнено при использовании центрифугирования, например, в центрифугедекантаторе, или фильтрации, например, с помощью барабанного фильтра, причем фильтрация является предпочтительной. Отделенные твердые компоненты могут быть дополнительно обработаны сильным основанием, таким как гидроксид натрия или калия, для того, чтобы, по меньшей мере частично, растворить указанные компоненты. Образованный в результате жидкий компонент может также использоваться в качестве основания на стадии нейтрализации.

До или после стадии нейтрализации может определяться состав жидких компонентов. Определение может быть выполнено при отборе образца, который анализируется подходящим методом, таким как атомная абсорбционная спектрофотометрия, пламенная фотометрия, масс-спектрометрия и т.д. В частности, важным является содержание азота, фосфора и калия, но также содержание кальция (Са), серы (8), магния (Мд), марганца (Мп), меди (Си), бора (В), хлора (С1) и железа (Ре) может представлять интерес для получения оптимальной композиции. Для нейтрализации может использоваться любое подходящее основание, и в зависимости от состава основание может дополнительно служить для изменения веществ в жидком компоненте. Соответственно, для нейтрализации предпочтительными являются аммиачная вода (ΝΗ₄ΟΗ), гидроксид щелочного металла, гидроксид щелочно-земельного металла, водный раствор фосфата щелочного металла или водный раствор фосфата аммония (водорода). Основания могут использоваться в отдельности, или может использоваться их смесь. При определении содержания азота и установлении необходимости введения азота может быть проведено различие между восстановленным азотом (ΝΗ₃) и окисленным азотом (ΝΟ₃ ^-), так что устанавливается соотношение между ними. Количественное соотношение между введенными основаниями может быть сбалансировано так, чтобы отрегулировать содержание азота, калия и фосфата в конечном продукте с получением желаемой композиции. Желаемая композиция может быть получена также при введении других соединений, содержащих азот, фосфор или калий, или могут быть введены соединения, содержащие другие питательные вещества, такие как кальций (Са), сера (8), магний (Мд), марганец (Мп), медь (Си), бор (В), хлор (С1) и железо (Ре).

Получаемый жидкий продукт может быть дополнительно концентрирован или высушен со сниже- 5 022198 нием содержания воды и облегчения обращения с ним. Сушка или концентрирование могут быть выполнены выпариванием или сушкой распылением или комбинацией указанных способов. В качестве примера тепло, которое отводится от реакторного контейнера в форме нагретой жидкости, может использоваться на начальной стадии для выпаривания. На указанной стадии выпаривания жидкие компоненты, таким образом, нагреваются избытком тепла, что вызывает выпаривание воды. Дополнительное тепло может подаваться, когда требуется, для получения желаемой степени выпаривания. Жидкие компоненты из реакторного контейнера могут пропускаться в подходящую сушилку распылением непосредственно или после начального выпаривания.

Настоящий способ особенно подходит для обработки фекалий от крупных гуртов домашнего скота, такого как свиньи. В таком случае фекалии получают отделением жидкой фракции (жидкого навоза) от суспензии. Такое отделение может быть обеспечено, например, седиментацией в емкости для хранения, фильтрацией на барабанном фильтре или центрифугированием на центрифуге-декантаторе.

В еще одном аспекте изобретения компоненты, таким образом выпаренные или высушенные распылением, или жидкие компоненты из реакционной смеси используются для продукта. Такой продукт может быть в форме жидкости, предназначенной для прямого применения на культивируемом участке, или он может быть жидкостью, предназначенной для разбавления водой перед использованием. Продукт может быть в твердой форме для прямого применения на культивируемом участке. Подходящими твердыми формами могут быть порошок, частицы, гранулят, чешуйки и т.п. В указанной форме размер отдельных частиц обычно находится в интервале от 0,1 до 10 мм. При нахождении в твердой форме частицы продукта могут иметь различный состав, так что каждая частица содержит сердцевину одного состава и один или более наружных слоев другого состава. Продукт может иметь введенные дополнительно вспомогательные материалы, которые используются, например, в процессе гранулирования, или которые обеспечивают быстрое высвобождение удобряющих веществ в почву, или могут быть введены красители, чтобы облегчить пользователю идентифицировать тип и состав продукта.

Когда продукт является жидкостью или твердым, продукт не ограничен для использования в качестве удобрения. Таким образом, благодаря содержанию солей среди прочего продукт может также использоваться в бетоне, где он может действовать в качестве соединения, отверждающего бетон. Химический состав продукта может дополнительно служить для получения объемных химикалий, или из продукта могут быть извлечены аминокислоты. Такие и другие химические вещества могут быть извлечены из продукта при использовании способов, известных специалисту в данной области техники, например, экстракцией этанолом.

Установка для получения продукта

Третий аспект настоящего изобретения относится к установке для получения продукта. Такая установка может быть установлена производителем животных, который владеет, например, свинофермой, которая поставляет фекалии для получения продукта. В таком случае установка может быть выполнена размером, подходящим для числа свиней на ферме. В качестве примера свиноферма с 500 убойными свиньями в ее помещениях требует установки для обработки 5 период/год х 500 убойных свиней/период х 0,45 т/убойная свинья = 1125 т суспензии в год, что может быть обеспечено фекальным реактором до 21 м³, если время выдержки в реакторе устанавливается 1 ч и 1 т фекалий принимается за 1 м³. В данном описании убойные свиньи означают свиней, нагуленных от 30 до 102 кг в течение приблизительно 72 дней. В среднем убойная свинья дает 450 кг суспензии в течение своей жизни или 6,25 кг в день. Из этого количества приблизительно 3 кг составляет жидкий навоз и 1 кг составляют фекалии, остаток составляет промывочная вода в связи с работой свинофермы. В указанном примере получается, соответственно, чуть выше 500 кг фекалий в день.

Установка может быть установлена централизованно для приема суспензии/фекалий от нескольких окружающих свиноферм, и в таком случае установка является пропорционально больше.

Несмотря на размер, установка содержит фекальный реактор (3), которым может быть реакторная емкость из нержавеющей стали, обложенная с внутренней стороны слоем полимерного материала, такого как полиэтилен, сложный полиэфир или фторированные полимеры, такие как политетрафторэтилен (также известный как тефлон), который является стойким к окисляющей кислоте. Фекальный реактор соединен с емкостью для хранения окисляющей кислоты (А) устройством, подходящим для ее подачи, и может содержать устройство (2) для подачи фекалий из накопителя фекалий (1). Окисляющая кислота может подаваться в фекальный реактор (3) по кислотостойким трубам с помощью насоса, такого как центробежный насос или перистальтический насос. Фекалии могут подаваться из накопителя фекалий (1) с помощью, например, шнекового конвейера или ленточного конвейера (2). Для смешения фекалий с окисляющей кислотой фекальный реактор (3) может иметь мешалку (4), которая также выполнена из материала, стойкого к окисляющей кислоте, и которая имеет одну или более лопастей или лопаток конструкции, подходящей для получения смешения содержимого фекального реактора (3). Фекальный реактор (3) может быть сконструирован так, что он является подходящим для работы при установленном давлении, которое регулируется так, чтобы быть выше или ниже, предпочтительно ниже, атмосферного давления. Фекальный реактор (3) может быть выполнен, например, для работы при слегка пониженном

- 6 022198 давлении, таком как приблизительно 800 мбар (80 кПа) абсолютного давления относительно атмосферного давления.

Кроме того, фекальный реактор (3) может быть снабжен измерительными электродами, например, для измерения рН, проводимости, давления и/или температуры, и он может быть снабжен пробоотборником для отбора содержимого для анализа.

В некоторых вариантах фекальный реактор (3) может содержать систему для отвода тепла, выделяющегося в ходе реакций в фекальном реакторе (3). Такая система может содержать трубы с текущей жидкостью, такой как холодная вода, причем содержимое указанных труб находится в теплопроводящем контакте с содержимым фекального реактора (3). Система, таким образом, может содержать внутри фекального реактора (3) трубы подходящей длины, или трубы могут охватывать реактор с наружной стороны. Длина и диаметр труб и их материал, необходимые для подходящих условий нагрева, могут быть рассчитаны специалистом в области теплообменников и их конструирования, но диаметр труб обычно составляет менее 5 см, а их длина зависит от масштаба способа фекального реактора (3). Если трубы находятся внутри фекального реактора (3), они выполняются из материала, способного выдерживать окисляющую кислоту. Специалисту в данной области техники также известны необходимая скорость течения хладагента и температура на впуске хладагента, но для воды температура на впуске обычно находится в интервале от приблизительно 5 до 15°С. Система для отвода тепла предпочтительно представлена замкнутым контуром с ограниченной необходимостью подачи хладагента.

Поток жидкости или суспензии из фекального реактора (3) пропускается в реактор-нейтрализатор (5) возможно через фильтр, описанный ниже, по подходящим трубам, которые покрыты, по меньшей мере, с внутренней поверхности, чтобы выдерживать окисляющую кислоту. Соединение между фекальным реактором и реактором-нейтрализатором (5) может содержать насос, такой как центробежный насос, для перемещения потока жидкости между реакторами. Реактор-нейтрализатор (5) обычно имеет приблизительно такой же объемный размер, как фекальный реактор (3). Реактор-нейтрализатор (5) соединен с емкостями для хранения (В) оснований подходящими трубами, снабженными подходящими дозирующими насосами, такими как центробежные насосы, перистальтические насосы или шестеренчатые насосы, так что основания могут вводиться в расчетных количествах и соотношениях. Число емкостей для хранения (В) оснований соответствует необходимому числу различных типов оснований для введения в содержимое фекального реактора (3). Реактор-нейтрализатор (5) может быть также снабжен мешалкой (6), имеющей одну или более лопастей или лопаток, и он может быть соединен с выгружным насосом (7), предназначенным для выгрузки жидкости из реактора-нейтрализатора (5), и устройством для измерения скорости потока (8/Р).

Кроме того, реактор-нейтрализатор (5) может быть снабжен измерительными электродами и может содержать участки отбора проб.

Кроме того, установка может содержать фильтр, такой как барабанный фильтр, для отделения кислотонерастворимых компонентов. Фильтр может быть размещен между фекальным реактором (3) и реактором-нейтрализатором (5), или он может быть размещен ниже по потоку от реактора-нейтрализатора (5). Размер фильтра соответствует размеру фекального реактора (3) и относительной потребности в фильтрации. Хотя фильтрация является предпочтительной, указанный способ отделения может также осуществляться с помощью центрифуги, такой как центрифуга-декантатор, выполненной из кислотостойких материалов.

Фекальный реактор (3) может быть также снабжен устройством вентилирования газов, получаемых в ходе взаимодействия между фекалиями и окисляющими кислотами. Устройство может содержать вакуумный насос (12), соединенный с фекальным реактором (3) подходящей трубой. Труба обычно содержит манометр, который также может участвовать в регулировании давления в фекальном реакторе (3) до заданного давления. Вакуумный насос (12) может быть соединен с газовым коллектором (13) для получения вентилируемых газов. Газовым коллектором (13) может быть, например, десорбер, в котором газ соединяется с жидкой фазой с предотвращением вентилирования газа в атмосферу. Газовый коллектор может быть снабжен измерительными электродами, например, для измерения рН, проводимости и/или температуры, и он может быть соединен с одним или более дозирующих насосов (15), каждый из которых соединен с емкостью для хранения (Е) кислоты или основания, так что рН в газовом коллекторе (13) может корректироваться при необходимости. Жидкость может удаляться из газового коллектора (13) через сток (Ό).

Установка может дополнительно содержать один или более химических бункеров (С/9) для хранения дополнительных веществ для продукта. Такие химические бункеры (С) могут быть соединены с реактором-нейтрализатором (5) с помощью одного или более дозирующих насосов (10) и подходящих труб, или они могут быть соединены со смесителем (0/11), подходящим для смешения текущих жидкостей.

Смешанный поток жидкости, содержащий все питательные компоненты для продукта, может быть пропущен в емкость для хранения или резервуар (Н) для дополнительной переработки последнего или для прямого использования.

В других вариантах установка также содержит устройство для сушки жидкого продукта. В данном

- 7 022198 контексте сушка означает удаление воды из продукта. Сушкой, таким образом, может быть концентрирование, которое увеличивает концентрацию активных удобряющих веществ и снижает объем жидкости, или оно может удалить достаточно воды из продукта с переводом его в твердую форму. Устройством, таким образом, может быть выпарной аппарат или устройство сушки распылением. В еще одном варианте установка содержит как выпарной аппарат, так и устройство сушки распылением, размещенные последовательно. В случае использования как выпарного аппарата, так и/или сушилки распылением, установка может быть сконструирована так, что потребность нагревания жидкостей для сушки, по меньшей мере частично, удовлетворяется нагреванием теплом, отводимым от фекального реактора (3). В таком случае система труб для отвода тепла от фекального реактора (3) конструируется так, что нагретая жидкость, текущая из фекального реактора (3), приводится в теплопроводящий контакт с высушиваемой жидкостью. Теплопроводящий контакт может обеспечиваться змеевиковыми трубами с нагретой жидкостью вокруг труб, содержащих высушиваемую жидкость, для того чтобы способствовать теплопередаче между двумя системами труб. Конструирование и установление размеров двух систем труб является известным специалисту в данной области техники, но конструирование и установление размеров может зависеть от необходимости охлаждения фекального реактора (3), описанного выше. Нагревание высушиваемой жидкости может выполняться согласно принципам теплообменников с падающим потоком или противоточных теплообменников, или высушиваемая жидкость может быть, по существу, стоячей в трубе или различно сконструированном контейнере.

Предполагается, что необходимость в других насосах, трубах и клапанах и их тип и конструкция являются известными специалисту в данной области техники, и такое оборудование не показано на чертеже.

Пример.

Четыре порции по 100 г каждая высушенных фекалий свиней суспендируют в 100 мл реакционной жидкости, содержащей воду, концентрированную серную кислоту, концентрированную хлористоводородную кислоту или концентрированную азотную кислоту соответственно. Реакции проводят в 500 мл круглодонной вращающейся колбе в вакуумном испарителе ВисЫ. В течение 4 ч реакции термостатированная водяная ванна испарителя поддерживается при 50°С, и давление во вращающейся колбе поддерживается при 800 мбар (80 кПа) с помощью автоматизированного регулирования давления. Вращающаяся колба вращается со скоростью 100 об/мин. После завершения реакции колбы открывают и рН содержимого корректируют до 7 с помощью введения концентрированного гидроксида натрия. Четыре реакционные смеси затем фильтруют на фильтрах диаметром 9 см с использованием воронки Бюхнера, помещенной на 1 л отсасывающей колбе. Давление в отсасывающей колбе составляет приблизительно 100 мбар (10 кПа), и в каждом случае используют время отсасывания 1 ч. Массу осадка на фильтре определяют взвешиванием фильтра и сравнением с массой фильтра до фильтрации. Результаты обобщены в таблице.

Результаты обработки фекалий различными реакционными жидкостями

	Вода (сравнение)	Н25О„	НС1	ΗΝΟ3
Фекалии (г)	100	100	100	100
Реакционная жидкость, объем (мл)	100	100	100	100
Осадок на фильтре (г)	94,6	33, 5	84, 4	26,7

Как показано в таблице, реакция с водой имеет только ограниченное влияние на изменение массы фекалий. Данный эффект наиболее вероятно приписывается присутствию небольшого количества растворимого материала в высушенных фекалиях. Реакция с неокисляющими кислотами, серной кислотой и хлористо-водородной кислотой дает солюбилизацию большего количества материала, чем реакция с одной водой. Указанное увеличение может быть от ограниченного разрушения материала, вызванного кислотой, такого как разложение углеводных цепей на растворимые углеводы. Когда реакция выполняется с окисляющей азотной кислотой, наблюдается заметно большее разложение материала на растворимые компоненты. Если 26,7 г нерастворенного материала подвергается после обработки стадии обработки 26,7 г гидроксида натрия, оставшееся количество снижается до 18,8 г. Таким образом, преимущественно может использоваться более одной стадии реакции для разрушения нерастворимого материала, т.к. многостадийный способ может увеличить общее количество материала, извлекаемого из фекалий.

Настоящее изобретение иллюстрировано здесь азотной кислотой в качестве окисляющей кислоты. Однако может ожидаться, что азотная кислота может быть заменена другими окисляющими кислотами, которые обеспечивают подобный солюбилизирующий эффект. Настоящее изобретение, таким образом, не ограничивается данным частным вариантом, и специалист в данной области техники поймет, что другие окисляющие кислоты могут также использоваться для осуществления растворения фекалий. В случае относительно слабой окисляющей кислоты специалист в данной области техники поймет, что необходи- 8 022198 мая высокая концентрация Н+ может быть получена путем введения неокисляющей кислоты.

Claims (31)

1. Способ получения продукта-удобрения на основе фекалий животных, отличающийся тем, что

a) фекалии млекопитающих полностью или частично растворяют с использованием окисляющей кислоты, обеспечивающей, по крайней мере, жидкий компонент,

b) во время растворения применяют слегка пониженное давление,

c) твердые кислотонерастворимые компоненты отделяют, когда присутствуют, и ά) жидкий компонент нейтрализуют основанием, при этом время взаимодействия составляет от 30 мин до приблизительно 10 ч.

2. Способ по п.1, в котором окисляющая кислота выбрана из группы, состоящей из азотной кислоты (ΗΝΟ₃), азотной кислоты, смешанной с ΝΟ₂ (дымящей азотной кислотой), пероксиазотной кислоты (ΗΝΟ₄), пероксофосфорной кислоты (Н₃РО₅, Н₄Р₂О₅), гипофосфорной кислоты (Н₄Р₂О₆), пирофосфорной кислоты (Н₄Р₂О₇), пероксодифосфорной кислоты (Н₄Р₂О₈), пероксосерной кислоты (Η₂δΟ₅), тиосерной кислоты (Η₂δ₂Ο₃, Η₂δ₂Ο₄, Η₂δ₂Ο₅, Η₂δ₂Ο₆), пиросерной кислоты (Η₂δ₂Ο₇), пероксидисерной кислоты (Η₂δ₂Ο₈), гипохлористой кислоты (Η0Ο), хлористой кислоты (Η0Ο₂). хлорноватой кислоты (Η0Ο₃), перхлорной кислоты (Η0Ο₄), бромноватой кислоты (ΗΒγΟ₃), йодноватой кислоты (ΗΙΟ₃), периодной кислоты (ΗΙΟ₄, Η₅ΙΟ₆), перщавелевой кислоты, пермуравьиной кислоты, перуксусной кислоты и пербензойной кислоты или смеси двух или более из них.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором окисляющую кислоту используют в смеси с другой кислотой, выбранной из группы, состоящей из хлористо-водородной кислоты, серной кислоты, муравьиной кислоты, хлоромуравьиной кислоты, монохлоруксусной кислоты, дихлоруксусной кислоты, трихлоруксусной кислоты, щавелевой кислоты и малеиновой кислоты.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором окисляющей кислотой является азотная кислота.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором окисляющую кислоту используют в концентрированной форме.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором окисляющей кислотой является азотная кислота в концентрации 10 мас.% или более.

7. Способ по любому из пп.1-6, в котором количество и тип окисляющей кислоты, вводимой в фекалии на стадии способа, являются достаточными для растворения по меньшей мере 50 мас.% фекалий, рассчитанных на основе содержания сухого вещества.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором объем и тип окисляющей кислоты, вводимой в фекалии на стадии (а) способа, являются достаточными для растворения по меньшей мере 70 мас.% фекалий, рассчитанных на основе содержания сухого вещества.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором любые твердые кислотонерастворимые компоненты, отделенные на стадии (с), обрабатывают сильным основанием для того, чтобы растворить указанные компоненты, по меньшей мере частично.

10. Способ по п.9, в котором сильное основание выбрано из гидроксида щелочного металла, гидроксида щелочно-земельного металла или водного раствора фосфата щелочного металла.

11. Способ по п.9 или 10, в котором сильным основанием является гидроксид натрия (ΝαΟΗ) или гидроксид калия (ΚΟΗ).

12. Способ по любому из пп.1-11, в котором нейтрализацию на стадии (ά) выполняют основанием, выбранным из группы, состоящей из аммиачной воды (ΝΗ4ΟΗ), гидроксида щелочного металла, гидроксида щелочно-земельного металла, водного раствора фосфата щелочного металла и водного раствора фосфата аммония (водорода).

13. Способ по любому из пп.1-12, в котором компонент, растворенный основанием и полученный способом по п.9, используют, по меньшей мере, для частичной нейтрализации на стадии (ά).

14. Способ по любому из пп.1-13, в котором после стадии (с) или (ά) определяют содержание азота, фосфора и калия.

15. Способ по п.14, дополнительно включающий стадию определения фертилизирующего значения для конкретных условий культивирования, где фертилизирующее значение включает соотношение между азотом, фосфором и калием (ΝΡΚ), и стадию добавления компонентов, содержащих фосфор, калий или азот, таким образом, что получают заданное фертилизирующее значение.

16. Способ по п.14, дополнительно включающий стадию определения содержания одного или более веществ, выбранных из кальция (Са), серы (8), магния (Мд), марганца (Мп), меди (Си), бора (В), хлора (С1) и железа (Ре), стадию определения фертилизирующего значения для конкретных условий культивирования, где фертилизирующее значение включает соотношение между содержанием одного или более определенных веществ, и стадию добавления источника одного или более указанных веществ, если необходимо, с получением заданного соотношения между веществами.

17. Способ по любому из пп.1-16, в котором нейтрализацию на стадии (ά) выполняют с таким количеством и типом основания, что конечный рН удобрения находится в интервале 4-10.

- 9 022198

18. Способ по п.17, в котором рН удобрения находится в интервале 6-8.

19. Способ по любому из пп.1-18, в котором используемые фекалии получают от свиней.

20. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий: е) сушку продукта-удобрения с получением концентрата или твердого продукта.

21. Способ по п.20, в котором сушку осуществляют, по меньшей мере частично, выпариванием с использованием тепла, выделившегося на стадии (а).

22. Способ по п.20 или 21, в котором сушку осуществляют сушкой распылением.

23. Продукт-удобрение, полученный способом по любому из пп.1-22.

24. Установка для получения продукта-удобрения по п.23, содержащая:

(ΐ) фекальный реактор (3) для поступления фекалий животных, где реактор снабжен устройством подачи окисляющей кислоты;

(ΐΐ) возможное сепараторное устройство для отделения твердых кислотонерастворимых компонентов;

(ίίί) реактор-нейтрализатор (5) для нейтрализации части фекалий, растворенных окисляющей кислотой, где реактор-нейтрализатор (5) снабжен устройством подачи основания; и где фекальный реактор (3) дополнительно снабжен устройством вентилирования газов, получаемых в процессе обработки фекалий окисляющей кислотой, и фекальный реактор (3) посредством устройства вентилирования получаемых газов соединен с вакуумным насосом (12) для поддержания давления в фекальном реакторе (3) ниже атмосферного давления.

25. Установка по п.24, содержащая газовый коллектор, соединенный с фекальным реактором (3), для накопления вентилированных газов.

26. Установка по любому из пп.24-25, в которой фекальный реактор (3) выполнен из или имеет изнутри обкладку из материала, по существу, не разрушаемого окисляющей кислотой.

27. Установка по любому из пп.24-26, в которой фекальный реактор (3) снабжен мешалкой (4).

28. Установка по любому из предшествующих пунктов, в которой фильтром в (ΐΐ) является барабанный фильтр.

29. Установка по любому из пп.24-28, дополнительно содержащая один или более химических бункеров (9) и соединенных с ними дозирующих насосов (10) для введения дополнительных веществ в продукт-удобрение.

30. Установка по любому из пп.24-29, в которой фекальный реактор (3) снабжен устройством регенерации тепла, выделяющегося при введении окисляющей кислоты в фекалии.

31. Установка по любому из пп.24-30, дополнительно содержащая устройство сушки продуктаудобрения.