PL244323B1 - Sposób unieszkodliwiania odpadów zwierzęcych wysokiego ryzyka - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób unieszkodliwiania odpadów zwierzęcych wysokiego ryzyka, charakteryzujący się tym, że odpad po rozdrobnieniu nie większym niż 3 mm, korzystnie 1 - 2 mm, i zawartości suchej masy od 20% do 60%, miesza się z wodorotlenkiem metalu alkalicznego, w ilości 2 — 10%, najkorzystniej 5% masy odpadu do uzyskania pH mieszaniny powyżej 10, a następnie dodaje się stężonych kwasów mineralnych, korzystnie siarkowego o stężeniu powyżej 70%, korzystnie 85 - 90%, i/lub azotowego o stężeniu powyżej 45 %, korzystnie 50 – 55%, przy czym kwasy dodaje się w ilości co najmniej stechiometrycznej w stosunku do wodorotlenków metali alkalicznych, ale takiej aby uzyskać pH mieszaniny poniżej 4, po czym dodaje się tlenek magnezu, pylisty lub o uziarnieniu poniżej 0,2 mm, w ilości 20 - 60% masy odpadu w przeliczeniu na suchą masę, korzystnie 30 – 50%, a następnie dodaje stężonego kwasu mineralnego, korzystnie jak wyżej siarkowego lub azotowego, w ilości 20 - 60% wsadu z taką szybkością, aby temperatura wzrosła do około 100-150°C przez 30 minut, następnie mieszaninę poreakcyjną schładza się.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób chemicznego unieszkodliwiania odpadów zawierających produkty pochodzenia zwierzęcego, w szczególności odpady wysokiego ryzyka, zawierające patogeny takie jak bakterie, wirusy, pasożyty, grzyby, a także priony.

Odpady zawierające produkty pochodzenia zwierzęcego, należą do odpadów wysokiego ryzyka, między innymi ze względu na zagrożenie chorobą BSE. Specjalnego postępowania w szczególności wymagają odpady klasyfikowane jako produkty uboczne kategorii 1 i 2 (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). Należą do nich w szczególności odpady zwierzęce pochodzące z ubojni i przetwórni mięsa, jak i padłe zwierzęta i ich wszystkie części podejrzane o zarażenie BSE, inne zwierzęta padłe, płody, zarodki, padły drób, obornik, treść przewodu pokarmowego itp.

Pod względem fizykochemicznym wymienione wyżej odpady są materiałem bardzo trudnym do przetworzenia ze względu na konieczność sterylizacji zapewniającej pełną destrukcję organizmów patogennych, bakterii i wirusów zawartych w odpadzie. Zalecanym sposobem ich unieszkodliwiania jest spalanie w temperaturach przekraczających 600°C, zazwyczaj powyżej 850°C. Także wydzielone w innych procesach tłuszcze nie powinny być wyko rzystywane do innych celów, lecz spalane. Poza bezpośrednim spalaniem, najczęściej dotychczas stosowane metody unieszkodliwiania odpadów zwierzęcych wysokiego ryzyka polegają na rozdrobnieniu, a następnie sterylizacji poprzez wygrzewanie przez okres przekraczający 20 minut w temperaturze powyżej 120°C i pod ciśnieniem 3 barów w celu destrukcji patogenów - bakterii, wirusów, pasożytów, grzybów, a także prionów i zapobieżenia niepożądanym procesom rozkładu biologicznego. Powstająca w ten sposób mączka mięsno-kostna może być następnie wykorzystana do produkcji nawozów, ale nie bezpośrednio.

Przykładowo w opisie patentowym PL 207973 ujawniono sposób termicznego przetwarzania półproduktów mięsno-kostnych z przemysłu mięsnego, polegający na kalcynacji w piecu obrotowym w temperaturze 650-950°C w czasie 30-120 minut w atmosferze utleniającej, przy czym półprodukty mięsno-kostne miesza się z popiołem zawracanym z poprzedniego prażenia, w stosunku od 1:1 do 1:10. Otrzymany popiół jest surowcem do produkcji nawozów mineralnych.

W polskim zgłoszeniu patentowym P.429318 ujawniono proces, w którym surowiec wyjściowy stanowią odpady poubojowe, zwłaszcza wieprzowe i wołowe tkanki kostne, które najpierw przetwarza się termicznie (spala) oraz rozdrabnia do formy sypkiej, dodaje kredy jeziornej oraz nie więcej jak 20% izolatów białkowych o zawartości białka minimum 50% i całość poddaje się granulacji dodając jako lepiszcze wodę w ilości nie więcej niż 40% wagowych. Otrzymany materiał ma zastosowanie jako nawóz wieloskładnikowy o kontrolowanym uwalnianiu składników.

W celu sterylizacji odpadów pochodzenia zwierzęcego, stosowane są także czynniki chemiczne, gdyż zmiana pH od silnie kwaśnego do silnie alkalicznego skutecznie unieszkodliwia patogeny, bakterie i wirusy w stosunkowo krótkim czasie.

Z opisu patentowego CA 2081446, znany jest sposób sterylizacji polegający na dodaniu kwasu siarkowego do uzyskania kwaśnego pH (około 4 do 5), a następnie potraktowaniu bezwodnym amoniakiem do uzyskania pH około 6,0 do 7,5 i uzyskaniu materiału o charakterze nawozu organicznego.

W opisie patentowym DE 19800900 ujawniono przetwarzanie odpadów organicznych, w tym odpadów gastronomicznych zawierających produkty pochodzenia zwierzęcego, przez dezintegrację komórek w temperaturze 130-200°C i przy środowisku reakcji silnie kwaśnym - pH 0,5 do 2,5 lub silnie alkalicznym - pH 9 do 14. Odpowiednie środowisko uzyskuje się za pomocą takich kwasów jak siarkowy, solny i/lub fosforowy oraz zasady sodowej lub wody amoniakalnej. Poza sterylizacją, obróbka chemiczna powoduje częściową hydrolizę i destrukcję białek i tłuszczy, co ułatwia dalsze przetwarzanie biologiczne w bioreaktorze beztlenowym, zwiększając wydajność biogazu.

W polskim zgłoszeniu patentowym P.348385 ujawniono sposób i układ do utylizacji odpadów pochodzenia zwierzęcego, polegający na sterylizacji, uprzednio rozdrobnionych odpadów zwierzęcych, przy pomocy pary wodnej, pod ciśnieniem 0,4-0,7 MPa w czasie co najmniej jednej minuty, korzystnie 1-3 minut. Uzyskaną po sterylizacji mieszaninę ciekłą poddaje się, przy ciągłym mieszaniu, działaniu tlenku wapnia CaO, w proporcji 1 część wagowa na 3-5 części wagowe odpadu zwierzęcego. Otrzymany produkt wykorzystuje się jako nawozowe wapno rolnicze.

Tlenek wapnia CaO, jako główny czynnik sterylizujący do chemicznego przetwarzania resztek żywieniowych, zwłaszcza biodegradowalnych resztek pokarmowych, odpadów kuchennych z zakładów zbiorowego żywienia, znany jest także z polskiego zgłoszenia patentowego P.380871. Powstały produkt stosowany jest do nawożenia lub ulepszania gleby.

Z polskiego opisu patentowego PL 201100 znany jest sposób utylizacji odpadów zwierzęcych, zwłaszcza odpadów wysokiego ryzyka ze względu na zagrożenie chorobą BSE, polegający na tym, że odpady zwierzęce, po wstępnym rozdrobnieniu i homogenizacji w obecności wody i znanego środka powierzchniowo-czynnego do uzyskania homogenicznego półproduktu, zawierającego do 70% wagowych odpadu, do 30% wagowych wody i do 2,0% wagowych środka powierzchniowo-czynnego, poddaje się reakcji, w warunkach intensywnego mieszania, z aktywnym środkiem wiążącym o zdolności chemicznego wiązania wody i uwalniania ciepła hydratacji, w postaci wapna palonego wysokiej reaktywności, o wartości parametru Delta t60, poniżej 3 minut, stosowanym w ilości 20 do 50% wagowych w przeliczeniu na masę odpadu, aż do związania wody z wytworzeniem produktu o postaci granulatu, składającego się z suchej pozostałości zwierzęcej. Otrzymany produkt w postaci trwałego, suchego i odpornego na rozkład biologiczny granulatu, nadaje się do stosowania jako składnik nadawy piecowej pieca klinkierowego i lub jako surowiec do produkcji wapna nawozowego na drodze kalcynacji w piecu obrotowym do wypału wapna.

Z koreańskiego opisu patentowego KR 20080098269 znany jest sposób chemicznego przetwarzania odpadów żywnościowych za pomocą chlorku żelaza wytworzonego przez dodanie kwasu solnego do tlenków żelaza typu Fe2O3, FesO4, w celu destrukcji kwasów tłuszczowych 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 CN 106242704 ujawnia sposób wytwarzania i sposób stosowania rozpuszczalnego w wodzie mieszanego nawozu wieloskładnikowego poprzez przeprowadzenie obróbki cieplnej rozdrobnionych odpadów kuchennych w środowisku kwaśnym; 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.

Żadna z opisanych metod nie zapewnia całkowitego unieszkodliwienia odpadów pochodzenia zwierzęcego wysokiego ryzyka (produkty uboczne kategorii 1 i 2) wyłącznie w wyniku działania czynników chemicznych, przy równoczesnym doprowadzenia do postaci umożliwiającej bezpośrednie wykorzystanie np. w rolnictwie. Zazwyczaj odpady takie są najpi erw sterylizowane termicznie, a dopiero później obrabiane za pomocą substancji chemicznych, głównie wapna palonego (CaO). W innych przypadkach procesy chemiczne - działanie kwasami i zasadami - są tylko etapem przygotowawczym do dalszej obróbki, zazwyczaj metodami biologicznymi. Natomia st jak wynika z danych literaturowych, w odpowiednich warunkach oraz w wyniku działania odpowiednio dobranych czynników chemicznych, powinna nastąpić całkowita dezaktywacja patogenów bakterii i wirusów, w tym także prionów [A. Sakudo „Inactivation Methods for Prions”, Curr. Issues Mol. Biol. Vol. 36, p. 23-32, doi.org/10.21775/cimb.036.023].

Istota wynalazku polega na tym, że odpad zawierający produkty pochodzenia zwierzęcego, odpady wysokiego ryzyka, zawierające patogeny takie jak bakterie, wirusy, pasożyty, grzyby, a także priony, o rozdrobnieniu nie większym niż 3 mm, korzystnie 1-2 mm i zawartości suchej masy 20 do 60%, miesza się ze wodorotlenkiem metalu alkalicznego w dowolnej postaci handlowej (płatki, granulki, sypki proszek, stężony roztwór), w ilości 2-10%, najkorzystniej 5%, masy odpadu do uzyskania pH mieszaniny powyżej 10, a następnie dodaje się stężonych kwasów mineralnych, korzystnie siarkowego o stężeniu powyżej 70%, korzystnie 85-95%, i/lub azotowego o stężeniu powyżej 45%,korzystnie 50-55%, przy czym kwasy dodaje się w ilości co najmniej stechiometrycznej w stosunku do wodorotlenków metali alkalicznych, ale takiej aby uzyskać pH mieszaniny poniżej 4, po czym dodaje się tlenek magnezu, pylisty lub o uziarnieniu poniżej 0,2 mm, w ilości 20-60% masy odpadu w przeliczeniu na suchą masę, korzystnie 30-50%, a następnie dodaje stężonego kwasu mineralnego, korzystnie jak wyżej siarkowego lub azotowego, w ilości 20-60% wsadu z taką szybkością, aby temperatura wzrosła do 100-150°C przez 30 minut, następnie mieszaninę poreakcyjną schładza się.

W sposobie według wynalazku, odpady zwierzęce wysokiego ryzyka, w szczególności odpady zwierzęce pochodzące z ubojni i przetwórni mięsa, jak i padłe zwierzęta i ich wszystkie części podejrzane o zarażenie BSE, inne zwierzęta padłe, płody, zarodki, padły drób, obornik, treść przewodu pokarmowego itp., określane też jako produkty uboczne pochodzenia zwierzęcego kategorii 1 i 2, ze względu na zagrożenie występowania organizmów patogennych, bakterii i wirusów [według rozporządzenia (WE) nr 1069/2009], unieszkodliwiane są wyłącznie za pomocą procesów chemicznych, bez konieczności dostarczania energii cieplnej z zewnątrz, a powstający produkt nadaje się bezpośrednio, ewentualnie po zgranulowaniu znanymi sposobami, do wykorzystania np. w rolnictwie jako nawóz organiczno-mineralny.

W sposobie według wynalazku odpady zawierające produkty pochodzenia zwierzęcego, w szczególności odpady wysokiego ryzyka, zawierające patogeny takie jak bakterie, wirusy, pasożyty, grzyby, a także priony, zawierające 20 do 60% suchej masy, po wstępnym rozdrobnieniu do wielkości cząstek poniżej 3 mm, korzystnie 1-2 mm, traktuje się wodorotlenkami metali alkalicznych (KOH, NaOH), w ilości od 2 do 10% , najkorzystniej 5%, w celu gwałtownego podwyższenia pH (powyżej 10), eliminując w ten sposób szkodliwe mikroorganizmy oraz powodując częściowe zmydlenia tłuszczy, co ułatwia dalszą homogenizację mieszaniny reakcyjnej.

Otrzymany sposobem według wynalazku produkt, po ewentualnej granulacji znanymi sposobami, nadaje się do bezpośredniego wykorzystania w rolnictwie jako nawóz organiczno-mineralny. Bardzo wysoki poziom destrukcji materiału biologicznego (białka), zapewnia całkowitą likwidację patogenów. Ponadto, w związku z destrukcją białka zwierzęcego, umożliwia wykorzystanie produktu jako składnika pasz dla zwierząt.

Wynalazek został zilustrowany w przykładach:

Przykład I

250 kg odpadów poubojowych zawierających jelita z zawartością, ścięgna, skórę, krew itp., o zawartości suchej masy około 36%, rozdrobniono na frakcję o maksymalnych wymiarach 2 mm, a następnie wprowadzono do hermetycznego reaktora zaopatrzonego w mieszadło wolnoobrotowe oraz system dozowania substancji stałych oraz cieczy. Przy ciągłym mieszaniu dodano do mieszaniny w czasie około 5 minut 12,5 kg wodorotlenku potasu, uzyskując pH powyżej 11. Następnie, ciągle mieszając, dodano 22,5 kg technicznego kwasu siarkowego o stężeniu około 90%, uzyskując pH poniżej 4. Po około 3 minutach dodano 50 kg sproszkowanego tlenku magnezu (MgO), a następnie ciągle mieszając równomiernie wprowadzono techniczny kwas siarkowy o stężeniu 90% w ilości 95 kg w tempie 15 litrów/minutę tak, aby temperatura mieszaniny wzrosła samoczynnie do co najmniej 120°C. Po zadozowaniu całej ilości kwasu zawartość reaktora mieszano do samoczynnego wygaśnięcia reakcji chemicznej i ochłodzenia mieszaniny poniżej 80°C.

Uzyskano materiał o wilgotności około 30%, nadający się bezpośrednio do zgranulowania znanymi sposobami i wykorzystania np. w rolnictwie jako nawóz organiczno-mineralny.

Badania mikrobiologiczne nie wykazały obecności żadnych patogenów, bakterii i wirusów. Wykonano także test na obecność DNA i gatunkowość białka zwierzęcego (metoda real-time PCR). Ekstrakcja DNA testem Promega „Wizard Magnetic DNA purification system for Food” przy granicy wykrywalności na poziomie 0,1% dla przeżuwaczy nie wykryła DNA przeżuwaczy, co świadczy o wysokim poziomie destrukcji materiału biologicznego (białka).

Przykład II

Do reaktora, jak w przykładzie I, przy ciągłym mieszaniu, dodano 100 kg rozdrobnionych poniżej 2 mm, odpadów poubojowych, fragmentów tusz zwierzęcych, jelit z zawartością itp. oraz 10 kg wodorotlenku sodu (NaOH) do uzyskania jednorodnej, homogenicznej mieszaniny o pH powyżej 12. Następnie dodano techniczny kwas azotowy o stężeniu 55% w ilości 17 kg, do uzyskania pH poniżej 3, a następnie tlenek magnezu w ilości 10 kg. Po uzyskania jednorodnej, homogenicznej mieszaniny, dodano 20 kg technicznego kwasu siarkowego o stężeniu 80%. Podczas mieszania zachodzi egzotermiczna reakcja chemiczna tlenku z kwasem, a temperatura wsadu osiąga 110°C. Następnie ponownie dodano 10 kg tlenku magnezu oraz 32 kg stężonego, technicznego kwasu siarkowego (80%) z taką szybkością, żeby temperatura wsadu wzrosła do 150°C. Zakończenie wzrostu temperatury i jej stabilizacja przez okres minimum 5 minut oznaczała zakończenie reakcji. Po schłodzeniu do temperatury poniżej 30°C, uzyskano produkt w postaci praktycznie suchego proszku/granulatu o wilgotności około 25-30% i pH wyciągu wodnego około 7,5.

Claims (1)

1. Sposób unieszkodliwiania odpadów zwierzęcych wysokiego ryzyka, zawierających patogeny takie jak bakterie, wirusy, pasożyty, grzyby, a także priony, znamienny tym, że odpad o rozdrobnieniu nie większym niż 3 mm, korzystnie 1-2 mm, i zawartości suchej masy 20 do 60%, miesza się z wodorotlenkiem metalu alkalicznego, w ilości 2-10%, najkorzystniej 5%, masy odpadu do uzyskania pH mieszaniny powyżej 10, a następnie dodaje się stężonych kwasów mineralnych, korzystnie siarkowego o stężeniu powyżej 70%, korzystnie 85-90%, i/lub azotowego o stężeniu powyżej 45%, korzystnie 50-55%, przy czym kwasy dodaje się w ilości co najmniej stechiometrycznej w stosunku do wodorotlenków metali alkalicznych, ale takiej aby uzyskać pH mieszaniny poniżej 4, po czym dodaje się tlenek magnezu, pylisty lub o uziarnieniu poniżej 0,2 mm, w ilości 20-60% masy odpadu w przeliczeniu na suchą masę, korzystnie 30-50%, a następnie dodaje stężonego kwasu mineralnego, korzystnie jak wyżej siarkowego lub azotowego, w ilości 20-60% wsadu z taką szybkością, aby temperatura wzrosła do 100-150°C przez 30 minut, następnie mieszaninę poreakcyjną schładza się.