PL244322B1 - Sposób otrzymywania granulowanego nawozu organiczno-mineralnego - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu otrzymywania nawozu organiczno - mineralnego zwłaszcza z odpadów gastronomicznych. Sposób ten polega na tym, że odpady gastronomiczne o wilgotności około 70 – 80%, po wstępnym rozdrobnieniu do wielkości cząstek poniżej 2 mm, miesza się ze sproszkowanym tlenkiem magnezu (MgO) w ilości 10 - 30% masy wsadu w przeliczeniu na suchą masę, a następnie dodaje stężonego kwasu mineralnego, korzystnie technicznego kwasu siarkowego stężonego powyżej 80% lub kwasu azotowego o stężeniu nie niższym niż 55%, w ilości 10 - 30% wsadu z taką szybkością aby temperatura wzrosła do około 100-160°C przez około 30 minut, po czym całość miesza się do samoczynnego wygaśnięcia reakcji chemicznej, co się przejawia obniżeniem temperatury mieszaniny, a następnie dodaje się do niej składnik osuszający, korzystnie kredę, dolomit lub pył węgla brunatnego, w takiej ilości aby wilgotność końcowa mieszaniny wynosiła 25 – 30%, po czym uzyskaną masę granuluje się do wymiarów 4 - 8 mm.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania granulowanego nawozu organiczno-mineralnego z odpadów gastronomicznych zawierających produkty pochodzenia zwierzęcego.

Odpady gastronomiczne, pochodzące z restauracji, obiektów gastronomicznych i kuchni, łącznie z kuchniami zbiorowymi i domowymi, zawierające produkty pochodzenia zwierzęcego, należą do odpadów wymagających specjalnego postępowania. Są zaliczane do produktów ubocznych kategorii 3 - wg rozporządzenia (WE) nr 1069/2009 z dnia 21 października 2009 r. określającego przepisy sanitarne dotyczące produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego, nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi. Pod względem fizykochemicznym są materiałem bardzo trudnym do przetworzenia, ze względu na wysoką hydrofobowość, zawartość mięsa, wysokie uwodnienie, różny stopień rozdrobnienia. Odpady gastronomiczne zawierają obok składników pochodzenia roślinnego, jak oleje roślinne, także składniki pochodzenia zwierzęcego, mięso, tłuszcze zwierzęce, wyroby mleczne, białka zwierzęce i roślinne. Są zazwyczaj słabo rozdrobnione, wykazują tendencję do wydzielania frakcji tłuszczowych, które zaklejają filtry, bardzo trudno się odwadniają. Odpady te zawierają więcej węgla organicznego i mniej składników mineralnych niż na przykład osady ściekowe, w których odpady gastronomiczne są już po procesie biologicznego rozkładu.

Dotychczas stosowane sposoby przetwarzania odpadów gastronomicznych polegają na obróbce mechaniczno-biologicznej, czyli, ewentualnie po wstępnym rozdrobnieniu i częściowym odwodnieniu, poddaje się je obróbce biologicznej w warunkach tlenowych, na przykład w bioreaktorze (opis PL 211271), poprzez kompostowanie (opis PL188002) lub w warunkach beztlenowych, na przykład w biogazowniach (opis CN110342715), często wspólnie z osadami ściekowymi [E. Iacovidou et all. „Food waste co-digestion with sewage sludge” Journal of Environmental Management 112 (2012)]. Aby zwiększyć efektywność procesów biologicznych, wyodrębnia się także frakcje tłuszczowe, które poddaje się obróbce poprzez dodatek odpowiednich mikroorganizmów i enzymów (opis patentowy CH 684791). Stosowane są także metody termiczne: spalanie bezpośrednie, po wstępnym wysuszeniu lub po przetworzeniu na mączkę zwierzęcą (mięsno-kostną) w zakładach utylizacyjnych.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.380871, znany jest sposób przetwarzania resztek żywieniowych, zwłaszcza biodegradowalnych resztek pokarmowych, odpadów kuchennych z zakładów zbiorowego żywienia, podlegających biodegradacji i wykorzystania do nawożenia lub ulepszania gleby, w którym stosowane są czynniki chemiczne. Istotą sposobu jest to, że rozdrobnione resztki żywieniowe (odpady kuchenne podlegające biodegradacji) o rozmiarach cząstek od 0,06 mm do 2,00 mm, korzystnie 0,50 mm, zostają zmieszane z dodatkiem hydrożeli, korzystnie z metylokarboksycelulozą w ilości od 0,5 do 5% w stosunku wagowym do suchej masy oraz z tlenkiem wapniowym (CaO) w ilości od 2% do 10%, zaś ewentualnie resztki zostają zmieszane tylko z tlenkiem wapniowym w ilości od 2% do 10%, a następnie rozdrobniony produkt mineralno-organiczny zostaje poddany granulacji na ziarna o wymiarach od 5 do 35 mm. Metoda ta jednak nie zapewnia całkowitego unieszkodliwienia składników zwierzęcych, nie nadaje się do odpadów zawierających duże ilości tłuszczu, a otrzymany produkt ma ograniczone zastosowanie.

Z koreańskiego opisu patentowego KR20080098269 znany jest sposób chemicznego przetwarzania odpadów żywnościowych za pomocą chlorku żelaza wytworzonego przez dodanie kwasu solnego do tlenków żelaza typu Fe2O3, Fe3O4, w celu destrukcji kwasu tłuszczowego i białka. Tak przygotowane odpady są dalej przetwarzane biologicznie w znacznie krótszym czasie i z wyższą wydajnością niż w przypadku odpadów niepoddanych takiej obróbce.

Chińskie zgłoszenie CN106242704 ujawnia sposób wytwarzania i sposób stosowania rozpuszczalnego w wodzie mieszanego nawozu wieloskładnikowego poprzez przeprowadzenie obróbki cieplnej rozdrobnionych odpadów kuchennych w środowisku kwaśnym. Sposób obejmuje kontrolowanie środowiska reakcji w celu przekształcenia odpadowego tłuszczu kuchennego w kwas tłuszczowy i przekształcenie pokruszonych kości, futra, mięsa i liści warzywnych w odpadach kuchennych w aminokwas, kwas humusowy, rozpuszczalną w wodzie sól wapniową i fosforan. Po oddzieleniu otrzymanego kwasu tłuszczowego, pozostałość jest zobojętniana do neutralnego pH. Po dodaniu składników odżywczych i zatężeniu uzyskuje się rozpuszczalny w wodzie mieszany nawóz wieloskładnikowy do stosowania w formie roztworu.

Przetworzone odpady kuchenne mogą pełnić także funkcję dodatku do granulowanych nawozów mineralnych jako składnik poprawiający strukturę gleby oraz czynnik spowalniający rozpuszczanie składników mineralnych. Najczęściej jednak są to odpady już po obróbce biologicznej tzn. odpady w postaci osadów ściekowych lub osadów z biogazowni (tzw. poferment).

W opisie patentowym PL193582 ujawniono sposób otrzymywania granulowanych nawozów organiczno-mineralnych, polegający na aglomerowaniu dowolnego nawozu mineralnego lub mieszaniny takich nawozów z materiałami odpadowymi, do których wprowadza się składniki spowalniające szybkość ich rozpuszczania. Do dowolnego nawozu mineralnego lub mieszaniny nawozów mineralnych wprowadza się w charakterze składnika spowalniającego szybkość ich rozpuszczania, odwodniony osad ściekowy pochodzący z oczyszczalni ścieków komunalnych, w ilości 30-80% w przeliczeniu na suchą masę produktu, przy czym w przypadku stosowania nawozów amonowych lub mocznika, osad ściekowy przed zmieszaniem poddaje się obróbce kwasem siarkowym lub fosforowym dla uzyskania wartości pH wyciągu wodnego osadu w przedziale 6,5-8,0, a uzyskaną mieszaninę poddaje się granulowaniu i sezonowaniu znanymi metodami.

W opisie patentowym PL202023 przedstawiono sposób otrzymywania nawozu z osadów ściekowych, przez traktowanie osadu ściekowego tlenkiem magnezu, a następnie roztworem siarczanu mocznika w kwasie siarkowym z jednoczesnym egzotermicznym podgrzewaniem do temperatury powyżej 65°C w wyniku reakcji chemicznej i przy ciśnieniu obniżonym, równym lub podwyższonym w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Na każde 100 części wagowych osadu ściekowego nadmiarowego, zawierającego od 15 części wagowych do 60 części wagowych, wprowadzonych uprzednio do hermetyzowanego kwasoodpomego reaktora drugiego, zadaje się przez równomierny zasyp od 10 części wagowych do 45 części wagowych, tlenku magnezu (MgO), odmierzonych w przeliczeniu na 100% MgO, oraz od 0,01 części wagowych do 10 części wagowych mieszaniny związków żelaza użytych w postaci tlenków, chlorków, siarczanów lub azotanów, a następnie do tego samego hermetyzowanego kwasoodpomego reaktora drugiego zadaje się mikroelementy, mające postać mieszaniny nieorganicznych związków takich pierwiastków jak mangan, cynk, miedź, kobalt, molibden, bor lub krzem w ilościach od 0,0001 części wagowych do 5.0 części wagowych i prowadzi się mechaniczne mieszanie ujednorodniające tak przygotowanego wsadu, a jednocześnie do hermetyzowanego oddzielnego płaszczowego kwasoodpomego reaktora, wprowadza się od 24 części wagowych do 108 części wagowych, kwasu siarkowego H2SO4, odmierzonego w przeliczeniu na kwas 100%, mającego stężenie nie mniejsze jak 75% wagowo i w trakcie mieszania wprowadza się przez równomierny zasyp od 0,01 części wagowej do 66 części wagowych mocznika i prowadzi się ich addycję w temperaturze od 20°C do 80°C.

W opisie patentowym PL210311 ujawniono sposób otrzymywania nawozu z osadów powstałych w biologicznych oczyszczalniach ścieków, w którym struktury o rganiczne pochodzenia biologicznego mineralizuje się częściowo w środowisku mocnego kwasu, w szczególności kwasu siarkowego, a otrzymany w wyniku tej reakcji roztwór neutralizuje się, przy czym korzystnie proces neutralizacji prowadzi się za pomocą związków magnezu w naczyniu technologicznym zamkniętym, a użyty do mineralizacji kwas dodaje się tak, aby temperatura reakcji nie prze kroczyła temperatury wrzenia, a sam proces częściowej mineralizacji prowadzi się w naczyniu ciśnieniowym, przy czym produkt częściowej mineralizacji zobojętnia się tlenkiem magnezowym, lub węglanem magnezowym, lub wodorotlenkiem magnezowym, natomiast wodę wiąże się ze środowiska reakcji siarczanem magnezowym bezwodnym lub siarczanem magnezowym częściowo odwodnionym. Po reakcji płynną masę usuwa się z naczynia technologicznego po jego rozhermetyzowaniu i poddaje się granulacji poprzedzonej ostudzeniem w temperaturze otoczenia, prowadzonym aż do momentu stężenia masy w strukturę stałopostaciową.

Żadna z opisanych metod nie zapewnia całkowitego unieszkodliwienia odpadów gastronomicznych pochodzenia zwierzęcego (produkty uboczne kategorii 3) oraz nie zapewnia bezpośrednio dobrego wsadu do granulacji, gdyż przed granulacją zazwyczaj materiał musi być osuszony do wilgotności poniżej 5% za pomocą ogrzewania lub metodami chemicznymi za pomocą substancji reaktywnych wiążących wodę, takich jak między innymi tlenek wapnia (wapno palone), bezwodny siarczan magnezu.

W sposobie według wynalazku, odpady gastronomiczne o wilgotności 70-80%, zawierające produkty pochodzenia zwierzęcego, po wstępnym rozdrobnieniu do frakcji o maksymalnych wymiarach do 2 mm, miesza się ze sproszkowanym tlenkiem magnezu (MgO) w ilości 10-30% masy wsadu w przeliczeniu na suchą masę, a następnie dodaje stężonego kwasu mineralnego, korzystnie technicznego kwasu siarkowego stężonego powyżej 80% lub kwasu azotowego o stężeniu nie niższym niż 55%, w ilości 10-30% wsadu, z taką szybkością aby temperatura wzrosła do 110-160°C, po czym całość miesza się do samoczynnego wygaśnięcia reakcji chemicznej, co się przejawia obniżeniem temperatury mieszaniny, a następnie dodaje się do niej składnik osuszający, korzystnie kredę, dolomit i/lub pył węgla brunatnego, w takiej ilości aby uzyskać poreakcyjną mieszaninę organiczno-mineralną o wilgotności 25-30%, po czym uzyskaną mieszaninę granuluje się.

Masę poreakcyjną o wilgotności 25-30% przetwarza się w granulowany nawóz mineralno-organiczny, korzystnie za pomocą dwustopniowej granulacji, polegającej na przetłoczeniu przez granulator ślimakowy z matrycą grubości od 8 do 25 mm, korzystnie 15 mm i otworami o średnicy 3-8 mm, korzystnie 4-5 mm. Powstające krótkie walce o stałej średnicy są kierowane do bębna obrotowego wyposażonego w elementy powodujące dalsze łamanie walców i stopniowe ich przekształcanie w materiał zawierający ziarna w postaci regularnych kulek lub owali o średnicy ustalonej rozmiarem otworów w matrycy granulatora ślimakowego. Poprzez grubość matrycy można także regulować siłę ściskającą, a tym samym twardość granul, co przekłada się na szybkość ich rozpadu w glebie, a tym samym tempo przyswajania składników nawozu przez rośliny. Granulat powstający w bębnie obrotowym może być w nim ewentualnie dosuszany za pomocą nadmuchu ciepłego powietrza.

Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość unieszkodliwienia uciążliwych odpadów gastronomicznych, w tym odpadów pochodzenia zwierzęcego i ich bezpośredniego przetworzenia w granulowany nawóz organiczno-mineralny w postaci równomiernych, okrągłych lub owalnych ziaren o stałej, kontrolowanej średnicy. Odpady gastronomiczne unieszkodliwione i zgranulowane sposobem według wynalazku są cennym składnikiem organicznym nawozu, a równocześnie stanowią czynnik spowalniający rozpuszczanie i migrację składników mineralnych.

Ponadto wynalazek pozwala na otrzymywanie nawozów organiczno-mineralnych zawierających granule o zbliżonej wadze i podobnym kształcie, co ma wielkie znaczenie dla powszechnie dziś stosowanego zmechanizowanego rozsiewu nawozów. W wyniku tak kształtowanych granul nawozu jego mechaniczny rozsiew jest w miarę równomierny.

Wynalazek został zilustrowany w przykładach:

Przykład I

A. 250 kg odpadu gastronomicznego o zawartości suchej masy około 25 +/- 5%, zawierającego produkty pochodzenia zwierzęcego, rozdrabnia się na frakcję o maksymalnych wymiarach 2 mm, a następnie wprowadza się do hermetycznego reaktora zaopatrzonego w mieszadło wolnoobrotowe oraz system dozowania substancji stałych oraz cieczy. Przy ciągłym mieszaniu do mieszaniny dodaje się 40 kg sproszkowanego tlenku magnezu (MgO), a następnie techniczny kwas siarkowy o stężeniu 92% w ilości 125 kg w tempie 8 litrów/minutę tak, aby temperatura mieszaniny wzrosła samoczynnie do 120°C. Po zadozowaniu całej ilości kwasu zawartość reaktora miesza się do samoczynnego wygaśnięcia reakcji chemicznej i ochłodzenia mieszaniny do 80°C.

B. Badania wilgotności mieszaniny wykazały zawartość wody na poziomie 64%. Do mieszaniny dodano 50 kg suchej mielonej kredy, 50 kg suchego dolomitu o wilgotności około 0,5 % oraz 35 kg rozdrobnionego (poniżej 3 mm) węgla brunatnego o wilgotności 20%,w celu uzyskania wilgotności 30%.

W celu uzupełnienia składników nawozowych dodano także 100 kg mocznika, 25 kg superfosfatu oraz 100 kg soli potasowej, do zbudowania składu NPK.

Przykład II

Wymieszane składniki z przykładu I B podaje się do zasobnika granulatora ślimakowego poziomego: średnicy ślimaka 250 mm, długości części sprężającej 1200 mm i mocy silnika 20 kW, z matrycą grubości 10 mm i średnicy otworów 6 mm. Otrzymane walce o długości około 3-4 cm podano do granulatora bębnowego wyposażonego w elementy poprzeczne (ułatwiające pękanie walcy). Podczas przetaczania się walcy ulegają one pękaniu i przekształcają się w granulat o kształcie kuli bądź owalu. Po zakończeniu procesu powstaje granulat, gdzie podstawowy wymiar jest określony średnicą otworów w matrycy. W gotowym produkcie zaobserwowano tylko niewielkie ilości podziarna.

Przykład III

Reakcję prowadzono analogicznie jak w przykładzie I A, przy czym część kwasu siarkowego (około 20%) zastąpiono kwasem azotowym o stężeniu 63%, który podano w początkowym etapie procesu.

Przykład IV

Do masy reakcyjnej z przykładu III o wilgotności 45% dodano 50 kg pyłu węgla brunatnego o wilgotności 30% oraz 80 kg zmielonego suchego dolomitu do uzyskania wilgotność 25%, a następnie poddano granulacji jak w przykładzie II B stosując matryce o grubości 20 mm i otworach 4 mm uzyskując granulat o regularnych ziarnach kulistych i owalnych o średnicy 6 mm.

Claims (2)

1. Sposób otrzymywania granulowanego nawozu organiczno-mineralnego z odpadów gastronomicznych zawierających produkty pochodzenia zwierzęcego, znamienny tym, że odpady gastronomiczne zawierające produkty pochodzenia zwierzęcego, o wilgotności 70-80%, po wstępnym rozdrobnieniu do frakcji o maksymalnych wymiarach do 2 mm, miesza się ze sproszkowanym tlenkiem magnezu (MgO) w ilości 10-30% masy wsadu w przeliczeniu na suchą masę, a następnie dodaje stężonego kwasu mineralnego, korzystnie technicznego kwasu siarkowego stężonego powyżej 80% lub kwasu azotowego o stężeniu nie niższym niż 55%, w ilości 10-30% wsadu, z taką szybkością aby temperatura wzrosła do 110-160°C, po czym całość miesza się do samoczynnego wygaśnięcia reakcji chemicznej, co się przejawia obniżeniem temperatury miesza niny, a następnie dodaje się do niej składnik osuszający, korzystnie kredę, dolomit i/lub pył węgla brunatnego, w takiej ilości aby uzyskać poreakcyjną mieszaninę organiczno-mineralną o wilgotności 25-30%, po czym uzyskaną mieszaninę granuluje się.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poreakcyjną mieszaninę organiczno-mineralną o wilgotności 25-30% przetwarza się w nawóz granulowany za pomocą dwustopniowej granulacji, polegającej na przetłoczeniu mieszaniny przez granulator ślimakowy z matrycą grubości od 8 do 25 mm, korzystnie 15 mm i otworami o średnicy 3-8 mm, korzystnie 4-5 mm, po czym otrzymane krótkie walce o stałej średnicy kieruje się do bębna obrotowego wyposażonego w elementy powodujące dalsze łamanie walców i stopniowe ich przekształcanie w materiał zawierający ziarna w postaci regularnych kulek lub owali o średnicy ustalonej rozmiarem otworów w matrycy granulatora ślimakowego .