UA123547C2 - Спосіб переробки рідкої фракції відходів сільськогосподарських тварин - Google Patents

Abstract

Винахід належить до способу переробки рідкої фракції відходів ссавців, переважно відходів сільськогосподарських тварин. Конкретніше, винахід пропонує поліпшений і спрощений спосіб переробки рідкої фракції відходів сільськогосподарських тварин, що забезпечує збереження вмісту азоту і передбачає інгібування активності уреази в цій фракції.

Description

Область техніки

Винахід належить до удосконаленого способу переробки рідкої фракції відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин. Конкретніше, винахід пропонує поліпшений і спрощений спосіб переробки рідкої фракції відходів ссавців, зокрема відходів сільськогосподарських тварин, зі збереженням у ній вмісту азоту.

Рівень техніки

Комерційне використання худоби для виробництва м'яса, наприклад свинини, яловичини або баранини, призводить до утворення великої кількості відходів, які необхідно утилізувати.

Відомі способи утилізації відходів сільськогосподарських тварин включають їх рециклінг у сільськогосподарських системах, наприклад шляхом збирання і подальшого внесення відходів сільськогосподарських тварин, таких як гній, у землю, наприклад, після їх обробки з метою видалення надлишку поживних речовин, які не можуть увібратися в грунт і забруднюють його.

Проте, хоча такі способи переробки дозволяють отримати поліпшений вторинний матеріал, який утилізують, що містить зменшені кількості поживних речовин, таких як фосфор, азотвмісні речовини і накопичені мінерали, такі як мідь, оброблені відходи все ж вносяться у землю. Як наслідок, відсутність земельних ділянок з достатньою місткістю, а також ризики внесення надмірних кількостей добрив, зокрема гною, що призводить до небажаного забруднення, встановлюють верхню межу кількості перероблених відходів сільськогосподарських тварин, яку можна або дозволено утилізувати таким чином. Крім того, виникає необхідність в утилізації поживних речовин і мінералів, витягнутих при переробці відходів. Як наслідок, існує постійна потреба у способах ефективної переробки відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин. Існує також потреба у збереженні поживних речовин, що містилися в матеріалі відходів, і в їх перетворенні на корисні продукти із створенням, тим самим, стабільних екосистем на великих фермах і переробних підприємствах.

З рівня техніки відомі способи переробки відходів сільськогосподарських тварин. Наприклад, у РСТ/ОК2004/00513 описані способи отримання рідкої фракції без розкладання сечовини, що міститься в сечі, а також інші процеси, пов'язані з використанням сечовини (карбаміду) для різних застосувань у промисловості. У РСТ/0К2004/00513 описане оборотне і необоротне інгібування рідкої фракції відходів сільськогосподарських тварин з метою гарантувати, що

Зо сечовина не розкладається фекальними бактеріями з результуючою втратою азоту у формі аміаку, що випаровується. Далі, у РСТ/ОК2004/00513 описана також переробка рідини після інгібування шляхом її сепарування за допомогою відстоювання або центрифугування з подальшими різними етапами фільтрації, включаючи ультрафільтрацію для видалення мікроорганізмів і макромолекул, наприклад уреази, нанофільтрацію для видалення, наприклад, доданих інгібіторів і зворотний осмос для видалення води, з підвищенням, тим самим, концентрації в рідині бажаних компонентів, тобто сечовини і іонів, таких, наприклад, як іони калію, натрію і кальцію. Ці операції, які проводять після інгібування, дозволяють отримати дуже чисту фракцію сечовини, придатну для використання в її подальшій промисловій переробці, наприклад, у формальдегід сечовини, однак, ціною втрати азоту (сечовини) у процесі фільтрації.

Розкриття винаходу

Збереження азоту пов'язане з двома проблемами: із запобіганням розкладання (біодеградації) сечовини за допомогою ферменту уреази і, у разі її збереження, з витяганням азоту в процесі подальшої обробки, наприклад при концентруванні. Таким чином, з урахуванням високого попиту на азот зберігається потреба в розробці процесів, які забезпечують отримання рідкої фракції відходів сільськогосподарських тварин з підвищеним вмістом джерела азоту (сечовини). Існує також потреба у підборі простих і дешевих вирішень, що дозволяють переробляти відходи сільськогосподарських тварин при витратах, нижчих, ніж витрати на звичайну утилізацію цих відходів і ніж витрати на придбання поживних речовин, наприклад, для використання як добрив.

Винахід спрямований на вирішення однієї або більше проблем, властивих рівню техніки.

Конкретніше, винахід пропонує спосіб переробки рідкої фракції відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, або збереження азоту у відходах ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин. Спосіб включає наступні операції: (а) отримують рідку фракцію зазначених відходів з високим вмістом сечовини; (р) проводять відстоювання цієї фракції з утворенням супернатанту (надосадової рідини) і седименту (осаду); (с) подають супернатант у випарний блок і (4) піддають супернатант операції випаровування, яку проводять при тиску нижчому за бо атмосферний.

Винахід забезпечує просте і ефективне вирішення для витягання азоту у формі сечовини.

На відміну від більшості відомих способів, у яких азот сечовини втрачається на завершальних стадіях переробки, особливо у разі переробки великих кількостей відходів, що призводить до безповоротних втрат джерел азоту, які могли б бути корисними для багатьох цілей, спосіб за винаходом забезпечує збереження азоту при його витяганні і концентруванні. У конкретному варіанті використовується тиск нижчий за атмосферний, що складає 1-20 кПа, наприклад, 5-10 кПа. Якщо в процесі переробки випаровування рідкого супернатанту після відстоювання здійснюють при низькому тиску, тобто при тиску нижчому за атмосферний, досягається ряд переваг. По-перше, вода випаровується при нижчій температурі, таким чином знижуються енерговитрати, потрібні для отримання підвищеного вмісту азоту в кінцевому розчині. По-друге, знижуються вимоги відносно нагріву, що, як було виявлено, зменшує втрату сечовини. Як наслідок, спосіб забезпечує збереження і отримання азоту у формі сечовини на несподівано більш високому рівні, ніж це досягається у відомих способах.

Відповідно, щоб скоротити енерговитрати в процесі переробки і одночасно уникнути теплового або іншого розкладання сечовини, для здійснення випаровування застосовується низькоенергетичний випарний засіб.

Отже, винахід може також розглядатися як спосіб збереження азоту в матеріалі відходів сільськогосподарських тварин, такому як рідка фракція відходів.

Згідно з варіантом винаходу, використовувану в пропонованому способі рідку фракцію відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, краще інгібують, забезпечуючи інгібування активності уреази в рідкій фракції.

У іншому варіанті для отримання рідкої фракції на операції (а) використовують спосіб, що включає наступні операції: () збирають відходи ссавців, такі як відходи сільськогосподарських тварин; (і) інгібують активність уреази у зібраних відходах і (її) сепарують матеріал відходів з інгібованою активністю уреази для отримання рідкої фракції відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, з високим вмістом сечовини і фракції з низьким вмістом сечовини.

Фракція з низьким вмістом сечовини може бути виведена з процесу або піддана додатковій

Зо обробці.

Передбачається, що інгібування рідини проводять до або після операції (р) відстоювання і/або після операції (4) випаровування.

Один конкретний варіант отримання зібраного рідкого матеріалу відходів сільськогосподарських тварин відповідає збиранню відходів з приміщення скотного двору за допомогою сепараційного засобу. Цей засіб може бути виконаний, як комбінація конвеєрної стрічки або труби, встановленої у цьому приміщенні під щілинною підлогою стійл, і системи очищення (протирання) підлоги, причому ця комбінація забезпечує безперервне транспортування твердого матеріалу відходів із стійл для подальшої переробки. У будь-якому з цих варіантів рідка фракція збирається у трубі або каналі, розташованій (розташованому) під конвеєрною стрічкою або системою очищення підлоги. При такому виконанні, умови (включаючи запах) у зазначеному приміщенні поліпшуються; крім того, відходи будуть перероблені без небажаної затримки. Описане безперервне сепарування і виведення відходів мінімізують розкладання сечовини до аміаку.

У конкретному варіанті конвеєрній стрічці надають невеликого нахилу, так що вона утворює з горизонтальною площиною кут 27-87, краще 37-57, ще краще 4". Було встановлено, що такий нахил стрічки забезпечує простий спосіб сепарування рідких і твердих/напівтвердих відходів.

Дійсно, рідина, що по суті, містить сечу, стікатиме з конвеєрної стрічки і транспортуватиметься до місця переробки рідкої фракції, тоді як тверда фракція транспортується до місця переробки (твердих) фекалій.

Таким чином, у цьому варіанті матеріал відходів, який отримують при виконанні операції (і) або (а), є, по суті, рідким і зібраним, як рідкий матеріал відходів, що стікає з похилої конвеєрної стрічки.

Операцію (ії) інгібування матеріалу відходів, незалежно від того, є він змішаним матеріалом або, по суті, рідкою частиною матеріалу відходів, здійснюють за допомогою фізичного або хімічного інгібувального засобу або їх комбінації.

Залежно від об'єму і композиції матеріалу відходів може виявитися бажаним використання різних інгібувальних засобів, щоб гарантувати збереження сечовини. Як варіант фізичного інгібування може використовуватися УФ випромінювання, наприклад від джерела у вигляді світлодіодів або ртутних ламп. Відомо, що джерела зазначених типів чинять бо антимікробну/бактерицидну дію в повітрі і в розчині. Було також показано, що вони здатні впливати на запах. При цьому може виявитися корисним використання УФ випромінювання щонайменше з двома різними довжинами хвиль, щоб охопити ширший спектр шкідливих речовин. Передбачається, що джерело УФ випромінювання може використовуватися для опромінювання матеріалу відходів у будь-якій точці процесу, зокрема до або після операції (Б) відстоювання і/або до або після операції (4) випаровування. Відповідні джерела випромінювання добре відомі фахівцям.

Передбачається також, що інгібування може бути хімічним, причому воно може бути оборотним і/або необоротним. Хімічне інгібування є ефективним засобом для забезпечення бажаного інгібування, як це показано, наприклад, у заявці УУО/2005/009925, зміст якої включений в цей опис за допомогою посилання.

У конкретному варіанті хімічне інгібування є оборотним інгібуванням, яке здійснюють зміненням рівня рН матеріалу відходів до рН х З або рН 2 12. Несподівано було виявлено, що між цими рівнями розкладання сечовини змінюється драматичним чином. Дійсно, якщо рівень рН починає трохи перевищувати 3, відбувається інтенсивне розкладання сечовини. Аналогічно, якщо рН знижується до рівня, трохи меншого за рН-12, відбувається таке ж інтенсивне розкладання. Таким чином, тоді як раніше вважалося, що найбільш ефективне збереження сечовини забезпечується поблизу ізоелектричної точки уреази, автори даного винаходу в процесі експериментів несподівано виявили, що при зазначених переважних значеннях рн інгібування іп мімо і іп міо відбувається ефективніше.

У деяких варіантах хімічне інгібування в інтервалах рН х З або рН 2 12 є необоротним, якщо організми, що виробляють уреазу, руйнуються додатковим введенням кислоти і/або лугу.

У іншому варіанті хімічне інгібування є необоротним, причому таке інгібування забезпечується використанням однієї або більше речовин, вибраних з /-М-(п- бутил)тіофосфорного триаміду (МБТТ), відомого також під торговим найменуванням АдгоїаіпФ)), саліцилгідроксамової кислоти (СГКК) і тимолу. Було протестовано багато інгібіторів, і несподівано було виявлено, що перелічені кращі інгібітори особливо ефективні для збереження азоту.

Розглядається також можливість використання комбінації різних способів інгібування, наприклад комбінації регулювання рН до рівня рН «х З з використанням будь-якої речовини з

Зо МБТТ, СГКК ї тимолу. Аналогічно, регулювання рН до рівня рН 2 12 може бути скомбіноване з використанням будь-якої речовини з МБТТ, СГКК і тимолу.

На момент складання цього опису, варіант, в якому уреазу інгібують для збереження азоту, а концентрування здійснюють із застосуванням випарника, що функціонує при тиску нижче атмосферного, розглядається як кращий. При цьому застосовне інгібування згідно з будь-яким з описаних варіантів. У кращих варіантах результуюча рідина містить більше 85 95, краще більше 90 95, ще краще більше 95 95 початкового вмісту азоту в сечовині. У найкращих варіантах в кінцевому продукті, у тому числі при тривалому зберіганні, зберігається близько 100 95 початкового вмісту сечовини.

Винахід пропонує також спосіб інгібування уреази в рідкій фракції матеріалу відходів сільськогосподарських тварин або отримання рідини з високим вмістом сечовини і/або збереження азоту в матеріалі відходів сільськогосподарських тварин, що включає наступні операції: (1) отримують матеріал відходів сільськогосподарських тварин у формі рідких або, по суті, рідких відходів і (2) здійснюють інгібування уреази, присутньої у матеріалі відходів.

При цьому операцію інгібування здійснюють за допомогою однієї або більше з наступних дій: доводять значення рН матеріалу відходів до рН х З або до рН 2 12; використовують один або більше інгібіторів, вибираних з М-(п-бутилутіофосфорного триаміду, саліцилгідроксамової кислоти, тимолу і будь-якої з їх комбінацій.

Спосіб може містити також додаткову операцію (3) переробки матеріалу відходів з інгібованою уреазою, як це описано вище.

Відповідно, інгібування може бути таким, як у варіантах винаходу, описаних вище, причому воно може бути скомбіноване з будь-яким з варіантів переробки відходів, також описаних вище.

Отже, отримання інгібованого матеріалу відходів/матеріалу відходів з високим вмістом сечовини може розглядатися як спосіб отримання початкового матеріалу-джерела для витягання азоту згідно з винаходом.

Згідно з одним з варіантів відстоювання здійснюють у баку-відстійнику у формі лійки. Така форма є особливо придатною, оскільки в контексті винаходу інтерес представляє рідка фракція, тоді як тверді частини, суспендовані в рідині, складають меншу частину загального об'єму. бо Таким чином, з точки зору монтажу і функціональності форма лійки є найбільш економічною.

Короткий опис креслень

Далі винахід буде описаний детальніше, з посиланнями на креслення, що додаються.

Фіг.1 ілюструє найширший варіант способу згідно з винаходом.

Фіг.2 ілюструє варіант винаходу, який включає попередні операції способу переробки рідких відходів.

На Фіг.З ілюструється часова залежність процесу інгібування, за допомогою АдгоїаїпФ), сечовини (штрихова лінія) і сечі (суцільна лінія).

Фіг.4 ілюструє ефект інгібування при різних значеннях рН згідно з винаходом і при інших значеннях, використаних для порівняння.

Здійснення винаходу

На Фіг.1 схематично ілюструється спосіб згідно з винаходом, що належить до переробки відходів, які отримують від сільськогосподарських тварин. Рідкий матеріал відходів 3 високим вмістом сечовини (при інгібованій уреазі або її відсутності) отримують в результаті попередньої обробки, як це буде детальніше пояснено далі. Початковий рідкий матеріал подають у бак- відстійник 1, в якому рідина може відстоюватися протягом відповідного періоду часу. У контексті винаходу відповідний період часу визначають залежно від кількості тварин (наприклад свиней), розміру частинок суспендованих твердих речовин і розмірів бака. Типовий (але такий, що не обмежує) період складає 1-5 днів.

Після закінчення відстоювання рідину (супернатант) подають, наприклад, за допомогою рідинної помпи 2 у випарник З низького тиску. Пару, отриману в цьому випарнику, конденсують у баку 4 для конденсату, а (рідку) фракцію з високим вмістом сечовини накопичують у баку 5 для сечовини. Згідно з винаходом випаровування слід проводити при низькому тиску, тобто при тиску нижчому за атмосферний. Випарники, що підходять для здійснення винаходу, мають бути придатні для випаровування великих об'ємів. Комерційно доступними випарниками є, наприклад, випарники, що поставляються фірмою Меоїїа під торговим найменуванням Емаїеса "мМ.

Фахівцям в цій області відомі і інші відповідні і комерційно доступні випарники низького тиску.

Випаровування, яке проводять при тиску в інтервалі 1-90 кПа, краще 2-20 кПа, ще краще 5-10 кПа, приводить до отримання концентрованої рідини. Бажано проводити концентрування рідини до отримання масової концентрації сечовини, що складає щонайменше 15 95, краще до

Зо концентрації азоту (що міститься в сечовині), що складає щонайменше 20 г/л, наприклад 15-50 г/л, зокрема 20-30 г/л. Згідно з винаходом у сечовині рідкої фракції міститиметься до 70-80 Фо азоту, що містився у складі сечовини в початковому матеріалі відходів, причому в кращих варіантах з відходів витягається майже 100 95 сечовини. Це суперечить відомим способам, що включають денітрування гною і витягання в результаті концентрування менше 20 95. Як наслідок, завдяки використанню нових завершальних операцій, може бути створений процес переробки матеріалу відходів, відносно якого підтверджена можливість зберігати максимально можливу кількість азоту також і у разі, коли об'єм матеріалу відходів зменшений до прийнятного рівня. Отже, знижується потреба в додатковому азоті для використання, наприклад, в якості добрива і забезпечується просте вирішення для ферм або підприємств з переробки, які зацікавлені в сучасних екологічних програмах, у рамках яких відходи ефективно перетворюються на цінний продукт з усуненням потреби в додаткових поживних речовинах.

Крім того, пропонований процес легко вбудувати в існуючі процеси на фермах і підприємствах, причому реалізація потребує дуже малих енерговитрат.

На Фіг.2 ілюструються, на додаток до операцій винаходу, проілюстрованих на фФіг.1, попередні операції переробки і підготовки рідкого матеріалу відходів. До подання рідких відходів у бак-відстійник здійснюють їх збирання в межах відповідного приміщення 6 скотного двору (або іншого функціонально аналогічного приміщення). Це збирання здійснюють з використанням конвеєрних стрічок, що безперервно транспортують матеріал відходів з цього приміщення, або регулярного очищення підлоги стійл зі збиранням, відповідним чином, матеріалу відходів. У кращому варіанті відходи відводять з корівника у безперервному режимі за допомогою конвеєрної стрічки. У ще кращому варіанті конвеєрна стрічка має невеликий нахил, що дозволяє рідким відходам стікати з неї. Було встановлено, що, якщо стрічка утворює з горизонтальною площиною кут 27-87, краще 37-57, ще краще 4", стікати зі стрічки будуть, по суті, тільки рідкі відходи. Якщо ж кут перевищує 8", стікатимуть також тверді фракції, особливо якщо вони напівтверді. Якщо ж кут нахилу менший за 2", ніякого сепарування не станеться. Після початкового сепарування на рідку і тверду фракції, рідку фракцію подають у відстійник 7 для інгібування активності уреази. У представленому варіанті має місце як фізичне, так і хімічне інгібування; проте, передбачається, що інгібування може бути також або фізичним, або хімічним. У відстійнику 7, на додаток до хімічного інгібітора, який подають з бака 9 за допомогою бо рідинної помпи 10, здійснюється опромінення УФ випромінюванням з використанням УФ лампи

8. З відстійника 7 інгібований рідкий матеріал відходів транспортується, наприклад, за допомогою рідинної помпи 10 або під дією гравітації у бак-відстійник 1. Передбачається також, що інгібування може здійснюватися до сепарування на тверду і рідку фракцію. Якщо у відстійнику 7 утворюється седимент, він може бути повернений за допомогою рециркуляційної помпи 11 у приміщення 6 для використання в процесі обробки твердої фракції.

Далі винахід буде описаний детальніше, з посиланнями на його різні варіанти.

Слід зазначити, що в контексті винаходу вираз "матеріал відходів" позначає виділення з тіла ссавця, наприклад сільськогосподарської тварини або людини, переважно таких тварин, як, наприклад, свиня, корова, вівця. Матеріал відходів містить рідкі екскременти, наприклад сечу, а також тверді екскременти, наприклад фекалії. У кращому варіанті під сільськогосподарською твариною мається на увазі свиня.

Спосіб згідно з винаходом у загальному випадку включає збирання відходів сільськогосподарських тварин з отриманням матеріалу відходів, що підлягає переробці.

Збирання відходів сільськогосподарських тварин може здійснюватися будь-яким відповідним способом, відомим з рівня техніки. Матеріал відходів переважно збирають, коли тварини сконцентровані в місцях для догляду за ними, наприклад для годування, для напування і/або для отримання молока, або коли вони сконцентровані для транспортування або для локалізації перед забоєм. Можливі і інші місця з хорошими умовами для отримання матеріалу відходів або місця, в яких можуть бути створені умови, що спонукають тварин до виділяння відходів, тобто до сечовипускання або дефекації.

Краще збирання матеріалу відходів проводиться у стійлах, де утримуються тварини. Проте збирання матеріалу відходів може здійснюватися і в місцях вільного пересування, наприклад в місцях, де тварини, що вільно пересуваються, утримуються перед їх транспортуванням на бійні.

Відомі приміщення, де здійснюється збирання матеріалу відходів, включають стійла, в яких тварини утримуютьсч і в яких здійснюється догляд за ними. Під стійлами знаходяться підвальні приміщення, в яких накопичується матеріал відходів, наприклад рідкий гній, фекалії, солома і інші матеріали, що поступають від тварин або пов'язані з доглядом за ними. Стійла відокремлені від підвальних приміщень підлогами, крізь які матеріал відходів проходить для його збирання і збереження.

Ко) Спосіб згідно з винаходом включає також інгібування в зібраному матеріалі відходів активності уреази. Тим самим забезпечується інгібування (оборотне або необоротне) гідролізу сечовини, який каталізує уреаза, з утворенням аміаку, внаслідок чого втрата азоту і/або утворення аміаку з матеріалу відходів істотно послаблюються або запобігаються. Як наслідок, стає можливо послабити або усунути неприємний запах і несприятливі умови, що викликаються присутністю аміаку в стійлах.

Відоме інгібування каталітичної активності уреази в процесі гідролізу сечовини або шляхом видалення води, так що гідроліз не може відбуватися, або шляхом інгібування активного центру ферменту уреази як такого. Відомі способи включають введення інгібіторів (наприклад відомих з рівня техніки, зокрема з патенту США Мо 3565599), термообробку і вплив іонізуючим випромінюванням. У загальному випадку вибір конкретного способу інгібування активності уреази в зібраному матеріалі відходів залежить від бажаного застосування матеріалу відходів з інгібованою уреазою.

Наприклад, якщо матеріал відходів з інгібованою уреазою призначений для приготування добрива, яке передбачається використати для утилізації матеріалу відходів у сільськогосподарському циклі, матеріал відходів з інгібованою уреазою має бути сумісний з компонентами добрива, яке готують. Крім того, матеріал не повинен чинити шкідливого впливу на довкілля в місці застосування добрива.

Отже, в загальному випадку вибір способу інгібування активності уреази залежить від застосування.

БО Згідно з відомими способами, описаними у У/0/2005/009925, зазначене інгібування може включати: оборотне інгібування активності уреази, необоротне інгібування активності уреази іабо їх комбінації, причому інгібування уреази може здійснюватися протягом періоду, що відповідає умовам оборотного інгібування, або протягом тривалішого періоду, що відповідає умовам необоротного інгібування.

Умови оборотного інгібування (описані, наприклад, у М/О/2005/009925) включають часові зміни рівня рН (наприклад шляхом буферування для набуття значення рнН, рівного 5,5, яке відповідає ізоелектричній точці уреази), використання відповідної температури або тиску або присутність інгібітора, що забезпечує оборотне інгібування. Після закінчення періоду оборотного інгібування матеріал може повернутися до попереднього стану повної відсутності або, по суті, бо майже повної відсутності інгібування каталітичної активності уреази. Оборотне інгібування може застосовуватися по відношенню до фракцій з високим і низьким вмістом сечовини. Наприклад, воно застосовне до матеріалу відходів до сепарування рідин від твердих речовин або, якщо сепарування мало місце, до рідкої фракції, що містить невелику кількість фекалій (твердої речовини).

Таким чином, винахід пропонує спосіб концентрування збереженого азоту.

Згідно з конкретним кращим варіантом винаходу інгібування відповідає повному оборотному інгібуванню, яке несподівано забезпечується доведенням, на операції (ії), рівня рН матеріалу відходів до приблизно рнН х З або рН 2 12.

Передбачається, що для регулювання рівня рН можна використовувати будь-яку кислоту або луг, зазвичай вживані для цієї мети. Такі речовини добре відомі фахівцям і можуть, наприклад, включати (не обмежуючись ними) сірчану кислоту, хлористоводневу кислоту, НМОз, гідроксид натрію, гідроксид калію або КНеРоОх, або їх комбінацію.

Умови необоротного інгібування включають умови постійного або, по суті, постійного інгібування каталітичної активності уреази. Крім того, може використовуватися комбінація оборотного і необоротного інгібування активності уреази. Це особливо ефективно стосовно застосувань, в яких фракція з низьким вмістом сечовини (по суті тверда фракція) не потребує додавання необоротного інгібітора. У таких варіантах рідка фракція відходів з високим вмістом сечовини (але не тверда фракція) може бути оброблена для необоротного інгібування каталітичної активності уреази. Для багатьох застосувань фракцій з низьким вмістом сечовини кількість сечовини і кількість води для гідролізу сечовини є настільки низькими, що має місце лише незначний гідроліз.

Варіант необоротного інгібування відповідно до винаходу може бути реалізований з використанням інгібітора, обраного з наступних речовин (більшість яких було також зазначено у

ММО/2005/009925): речовини, що містять сечовину, такі як гідроксисечовина, селеносечовина, фенілсечовина, тіосечовина; гідроксамати, такі як гідроксамові кислоти на основі амінокислот, ацетогідроксамат; бензоати, такі як р-заміщений меркурібензоат, р-хлоромеркурібензоат, р- гідроксимеркурібензоат, йодозобензоат; сульфонати, такі як р-хлормеркурібензол-сульфонат; іміди, такі як М-етилмалеіїмід; фосфорвмісні речовини, такі як фосфорамідат, фосфат; одновалентні іони, такі як Е", Ма" і Ку; двовалентні іони металів, такі як На, Си, Ре, бог,

Ко) пе, Мі, Мп, ба», Ад', Мд (слабкий), Ва", краще Си, Ад' або Рре- або їх комбінації у формі щонайменше однієї водорозчинної солі і/або щонайменше одного іона, отриманого електрохімічним методом, або у формі оксиду, краще ферату; тривалентні іони, такі як А535; і щонайменше комплексотвірний агент для нікелю, краще диметилгліоксим, етилендіамін, етилендіамінтетраоцтова кислота або їх комбінація; а також інші речовини, такі як бета- меркаптоетанол, йод, сурамін, фенілсульфінат, КНгРОх і фурацин; і/або фізичний інгібувальний засіб, такий як УФ випромінювання на відповідних довжинах хвиль, наприклад в інтервалі 240- 300 нм з піком у 270 нм.

При використанні зазначених засобів інгібована уреаза не каталізує гідроліз сечовини.

У варіанті винаходу, що розглядається як кращий, необоротне інгібування здійснюють використанням однієї або більше з наступних речовин: М-(п-бутил)утіофосфорний триамід (МБТТ), який постачають під торговим найменуванням Адгоїаі!пФ), саліцилгідроксамова кислота (СГКК) і тимол.

Розглядається також обробка відходів з використанням комбінації оборотного і необоротного інгібування.

Після необоротного інгібування активності уреази у фракції з високим вмістом сечовини ця фракція може зберігатися або піддаватися подальшій обробці без каталізованого уреазою перетворення сечовини. Це дозволяє уникнути втрати азоту і/або утворення аміаку.

Це особливо ефективно у разі тривалих періодів зберігання фракції з високим вмістом сечовини до того, як її буде піддано подальшій обробці або її зберігання буде продовжено. Інша перевага полягає в тому, що, після того, як активність уреази буде необоротно інгібована, вона не може функціонувати як каталізатор гідролізу сечовини з виділенням аміаку. В результаті уреаза у баку для сечовини підтримуватиметься в стані інгібування, так що аміак не формуватиметься в процесі зберігання або використання.

Як згадувалося, увесь матеріал відходів може бути сепарований на тверду і рідку фракції багатьма різними способами. Якщо матеріал був отриманий шляхом періодичного збирання з підлоги стійл, сепарування може здійснюватися шляхом відстоювання, так що осад твердих речовин утворює тверду фракцію, а супернатант утворює рідку фракцію матеріалу відходів.

Рідку фракцію відокремлюють від твердої будь-яким відповідним способом, наприклад відкачуванням поверхневого шару або декантацією. При цьому бажано, щоб відокремлювання 60 твердої частини матеріалу відходів від його рідкої частини здійснювалося так, щоб, по суті, уся рідка фракція була сепарована від твердої фракції.

Передбачається, що рідка і тверда фракції матеріалу відходів можуть бути сепаровані до або після інгібування активності уреази. Якщо матеріал відходів видаляється у безперервному режимі за допомогою конвеєрної стрічки, якій надано нахилу, основні частини рідини і твердих речовин будуть сепаровані до інгібування. У цьому варіанті рідка фракція у разі потреби може бути піддана додатковому осадженню до, у процесі або після інгібування і/або перед відстоюванням до початку випаровування.

Розглядається також можливість переробки усього матеріалу відходів, в процесі якої паралельно з обробкою рідини обробляють тверді речовини, як це описано в заявці

МО/2008/1014182, зміст якої включений до цього опису за допомогою посилання. Конкретніше, тверді речовини обробляють способом, що включає наступні операції: а. твердий матеріал відходів сільськогосподарських тварин повністю або частково розчиняють, використовуючи окислювальну кислоту, р. у разі потреби сепарують тверді компоненти, нерозчинні в кислоті, і с. нейтралізують рідкий компонент за допомогою лугу.

У типовому випадку тверді компоненти, нерозчинні в кислоті, не пов'язані з фекаліями і являють собою, наприклад, бруд, гравій і т.д.

Тривалість реакції розчинення має бути достатньою для того, щоб забезпечити бажану солюбілізацію твердих компонентів. Тип і кількість реактантів зазвичай балансується таким чином, щоб тривалість реакції склала менше 10 год, що гарантує достатню економічність процесу. У нормальній ситуації тривалість реакції не може бути меншою ніж 30 хв, оскільки це потребувало б відносно великої частки окислювальної кислоти. Відповідно, тривалість реакції може складати, наприклад, від приблизно 1 год до приблизно 10 год, краще 3-6 год. Реакцію слід проводити за трохи зниженого тиску, щонайменше меншого за 100 кПа, наприклад 50-90 кПа, зокрема близько 80 кПа. Знижений тиск може бути створений за допомогою вакуумної помпи, що слугує одночасно для відведення газів реакції. Тиск може бути легко виміряний у трубі, що відводить гази з реакційного контейнера, що дозволить оцінювати тиск у контейнері.

Реакція між окислювальною кислотою і фекальним матеріалом приведе до виділення тепла, тому вимірювання температури в реакційному контейнері може бути корисним. Відповідно,

Зо бажано встановити термометр або температурний електрод так, щоб він був у контакті з реакційною сумішшю. Тепло, яке виділяється, може відводитися від реакційної суміші, що забезпечить її охолодження. Альтернативно, у разі потреби, щоб прискорити реакцію, до суміші може підводитися тепло. Як підведення тепла до реакційної суміші, так і відведення від неї тепла може здійснюватися прокачуванням відповідного плинного середовища, такого як вода або пара, що має потрібну температуру, по трубі або іншому каналу, що охоплює реакційний контейнер. Витрата плинного середовища може підбиратися згідно потреби, наприклад залежно від кількості тепла, яке треба відводити або підводити.

З урахуванням цього, у зв'язку з винаходом розглядаються також різні варіанти установки для переробки відходів сільськогосподарських тварин, в якій перероблюються тверді речовини у складі відходів сільськогосподарських тварин. Як це проілюстровано на кресленнях, що додаються, відповідні установки і способи згідно з винаходом використовують доступне устаткування, наприклад труби і рідинні помпи, які добре відомі фахівцям.

Далі варіанти винаходу будуть проілюстровані за допомогою наступних необмежуючих прикладів.

Приклади

Приклад 1

Було проведено попереднє дослідження, щоб до початку проведення основних тестів порівняти ефективність тестування різних варіантів інгібування іп мімо і іп мйго.

Конкретніше, при вимірюванні загального аміачного азоту (ТоїаІ Аттопіса! Мігодеп, ТАМ) до зразка сечовини і зразка сечі додавали АдгоїаіпФ. Отримані результати розглядаються далі в

Прикладі 2 і ілюструються на Фіг. 3.

З Фіг. З легко бачити, що для обох зразків має місце одна і та сама залежність; тому було зроблено висновок, що результати тестування сечовини іп мйго будуть репрезентативними також і для сечі.

Приклад 2

Щоб оцінити ефективність вибраних інгібіторів уреази для збереження сечовини у свинячій сечі протягом шеститижневого періоду, була проведена серія експериментів. Експерименти повторювалися по три рази; усереднені результати приведені в Таблиці 1.

Для експериментів з інгібування були вибрані інгібітори АагоїаіпФ (М-(п-бутилутіофосфорний бо триамід, МБТТ), СГКК (саліцилгідроксамова кислота) і тимол при рН З і, на закінчення, при рн

Вміст кожного з інгібіторів, використаних в експерименті, був наступний:

Адгоїаїпф): 50 мг/л;

СГКК: 50,5 мг/л і 100,9 мг/л; тимол: 1,5 мг/л.

Щоб протестувати активність уреази протягом перших 8 год експерименту і потім через 6 тижнів, використовувався набір різних тестів. Зразки аналізували, після закінчення відповідного часового інтервалу, стандартними методами визначення загального вмісту азоту за

Кьєльдалем (Тоїа! КіеІданп!і Мікодеп, ТКМ) і загального аміачного азоту (ТАМ), а вміст сечовини визначали, як різницю між цими вмістами (тобто як ТКМ - ТАМ).

З метою зменшити варіабельність і підвищити надійність результатів, в експериментах, замість свинячої сечі, використовувався розчин сечовини з концентрацією 1 моль/л, хоча в одній серії експериментів АагоїаіпфФ (див. також Приклад 1) додавали до свинячої сечі, зібраної у свиноматок, що утримувалися в центрі МСО5О ІаКе М/нпеєЇїег Воай Рієїй І арогаїюгу Бміпе

Едисайоп Опії для верифікації прийнятності результатів іп міїго в якості результатів іп мімо.

До усіх використаних в експериментах зразків додавали уреазу з бобів (Часк Бреап), щоб гарантувати, що уреаза присутня в кількості, достатній для розкладання сечовини.

Розчин сечовини готували, як одномолярний розчин, розчиняючи 60,06 г сечовини у 1 л води.

АдгоїаіпФ розводили згідно рекомендації виробника у співвідношенні 2 кварти (близько 1,9 л) на тонну гною.

Тимол розчиняли в етанолі у співвідношенні 1 мг на мл.

СГКК готували у співвідношенні 1:1 СГКК і 0,1 М розчину трис-НСЇІ буфера при рН 7,5.

Регулювання рівня рН здійснювалися з використанням 1,0 М розчину сірчаної кислоти або 1,0 М розчину гідроксиду натрію. Проте розглядається також можливість використання будь-якої іншої відповідної кислоти або лугу.

Уреазу готували шляхом розчинення 100 мг уреази бобів (40,318 одиниць/г) у 125 мл фосфатного буфера при рН 7,0. Додавання до реагентів проводилося в співвідношенні 5,0 мл на 100 мл або 161 одиниця на 1 мл розчину сечовини або сечі.

Зо Різні реагенти додавали до 100 мл розчину сечовини (і сечі у разі Адгоїаіпб)), а фермент уреазу додавали випадковим чином. Отримані розчини перемішували (щоб забезпечити рівномірний розподіл), герметично закривали і зберігали при кімнатній температурі.

Таблиця 1

Сечовина, 8 год 13122 75 13047 99

Контроль Сечовина, тиждень 6 19027 16400 2623 14

Сеча, 8 год 7115 338 6777 95

Сеча, тиждень 6 5681 4688 993 17

Тиждень 1 немає даних 4751 немає даних | немає даних

Тимол у Тиждень 2 26694 4928 21766 82 сечовині Тиждень З 26109 4756 21353 82 15 мг/п " Тиждень 4 20045 4240 15805 79 ' Тиждень 5 22503 4036 18467 82

Тиждень 6 24778 4927 19851 80

Тиждень 1 немає даних 1723 немає даних | немає даних

Адгоїаіп у Тиждень 2 10686 2248 8438 79 сечовині Тиждень З 10622 2763 7859 74 мг/п й Тиждень 4" 10718 309 10409 97

Тиждень 5 26834 4040 22794 85

Тиждень 6 24638 3040 21598 88

Тиждень 1 немає даних 1087 немає даних | немає даних

Адгоїаіп у Тиждень 2 6302 2310 3992 63 сечі Тиждень З 7725 2617 5108 66 5О мг/л Тиждень 4 4721 1958 2763 59

Тиждень 5 5858 2768 3090 53

Тиждень 6 5645 2797 2848 50

Таблиця 1 (продовження)

Тиждень 1 18450 2527 15923 86

СГККу Тиждень 2 23091 3783 19307 84 сечовині Тиждень 3" 23366 385 22981 98 50 5 мг/п Тиждень 4 25625 4864 20761 81 ' Тиждень 5 26378 4579 21798 83

Тиждень 6 26098 5012 21085 81

Тиждень 1 17320 4627 12693 73

СГККу Тиждень 2 21956 6342 15615 71 сечовині Тиждень 3" 19856 695 19162 97 100.9 мг/п Тиждень 4 22455 8141 14314 64 ' Тиждень 5 25466 7180 17687 69

Тиждень 6 22443 8570 13873 62

Тиждень 1 24895 12 24883 -100

Тиждень 2 27341 18 27323 -100 рн- 3,0 Тиждень З 27316 22 27294 -100 ' Тиждень 4 29225 26 28199 -100

Тиждень 5 27948 29 27919 -100

Тиждень 6 27753 37 27716 -100

Тиждень 1 немає даних 142 немає даних | немає даних

Тиждень 27 535 75 460 86

Тиждень 37 106 52 54 51

РН-Т120 | тиждень4х 536 62 474 88

Тиждень 5 29431 65 29366 -100

Тиждень 6 22066 11 22055 100 " результати за тижнем З для СГКК і тижнем 4 для АдгоїаійпФ у сечовині, що істотно відрізнялися від інших результатів, були відкинуті "к без посилання на будь-яку теорію, приймається, що перші результати визначення М при високому рН не є репрезентативними для реальних значень у зв'язку з проблемами чутливості для способу. З часом, включаючи також триваліше зберігання (відповідні результати не наведені), значення ТАМ/ТКМ узгоджуються з результатами для тижнів 5 і 6, наведеними вище, і саме ці значення представляються істинними.

Як виходить з представлених результатів, досягнуте істотне інгібування розкладання сечовини для усіх тестованих агентів. Зокрема, несподівано ефективним виявилося керування рН. Тому вплив рН був досліджений додатково.

Приклад З

Приклад З є порівняльним прикладом, що демонструє ефект, який дає рівень рН за межами кращого інтервалу. Використані значення рН представлені у першому стовпці Таблиці 2. До цієї таблиці включені також результати з Прикладу 2 для рН, рівного З і 12. Тести проводилися аналогічно тестам у Прикладі 2, а вміст азоту вимірювали через 2 тижні. Результати наведено в

Таблиці 2 і на Фіг. 4. Для порівняння, результат для рН-12 відповідає вимірюванню на тижні 5, оскільки використаний спосіб вимірювань є незадовільним для високих значень рН, тому для тижня 2 не вдалося отримати корисних результатів.

Таблиця 2 тости ЖИ И-И

Використане значення рн мг/л мг/л нини глини: у шини с нини нн

Таблиця 2 (продовження)

НСОсесст В ЗМ НИ ЗИ

Використане значення рн мг/л мг/л 81111111111111111111275031 11111114 для сечовини

Як показують результати, ефект змінення початкового значення рН є значним при його зміненні від 4 до З (кількість аміаку знижується з 1795 мг/л до 18 мг/л). Аналогічним чином, коли значення рН зростає з 11 до 12, відбувається значне послаблення утворення аміаку. Залежність

ТАМ від рН ілюструється Фіг. 4.

Claims (14)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб переробки рідкої фракції відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, або збереження азоту у відходах ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, що включає наступні операції: (а) отримують рідку фракцію відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, з високим вмістом сечовини; (Б) проводять відстоювання зазначеної фракції з утворенням супернатанту і седименту; (с) подають супернатант у випарний блок; і (4) піддають супернатант операції випаровування, яку проводять за тиску, нижче атмосферного.

2. Спосіб за п. 1, в якому зазначений тиск складає 1-20 кПа, краще 2-10 кПа.

3. Спосіб за п. 2, в якому в результаті операції випаровування отримують фракцію сечовини і конденсовану фракцію, що містить воду.

4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, в якому рідку фракцію зазначених відходів отримують за допомогою наступних операцій: (ї) збирають відходи ссавців, такі як відходи сільськогосподарських тварин; (ії) інгібують активність уреази у зібраних відходах; (ії) сепарують матеріал відходів з інгібованою активністю уреази для отримання рідкої фракції відходів ссавців, таких як відходи сільськогосподарських тварин, з високим вмістом сечовини і фракції з низьким вмістом сечовини.

5. Спосіб за п. 4, в якому відходи збирають у приміщенні скотного двору за допомогою сепараційного засобу, який містить встановлену під щілинною підлогою стійл конвеєрну стрічку Зо або трубу і систему очищення підлоги і який безперервно транспортує матеріал відходів для подальшої переробки.

6. Спосіб за п. 5, в якому конвеєрній стрічці надають невеликого нахилу, що відповідає куту з горизонтальною площиною, що становить 27-87", краще 37-57, ще краще 4".

7. Спосіб за п. 6, в якому матеріал відходів, який збирають на операції (ї), є рідким і зібраним як рідкий матеріал відходів, що стікає з конвеєрної стрічки, що має невеликий нахил.

8. Спосіб за будь-яким з пп. 4-7, в якому операцію (ії) інгібування здійснюють шляхом інгібування матеріалу відходів за допомогою фізичних або хімічних засобів або їх комбінації.

9. Спосіб за п. 8, в якому фізичне інгібування здійснюють за допомогою УФ випромінювання, краще щонайменше на двох різних довжинах хвиль.

10. Спосіб за п. 8, в якому хімічне інгібування здійснюють як оборотне і/або необоротне інгібування.

11. Спосіб за п. 10, в якому оборотне і/або необоротне інгібування здійснюють за допомогою доведення значення рН матеріалу відходів до рНУЗ або рН» 12.

12. Спосіб за п. 10 або 11, в якому необоротне інгібування здійснюють використанням однієї або більше з наступних речовин: М-(п-бутил)тіофосфорний триамід, саліцилгідроксамова кислота (СГКК) і тимол.

13. Спосіб за п. 12, в якому як необоротний інгібітор використовують саліцилгідроксамову кислоту в концентрації 45-55 мг/л, краще близько 50 мг/л.

14. Спосіб інгібування уреази в рідкій фракції матеріалу відходів сільськогосподарських тварин або отримання рідини з високим вмістом сечовини і/або збереження азоту в матеріалі відходів сільськогосподарських тварин, що включає наступні операції: 1) отримують матеріал відходів сільськогосподарських тварин у формі рідких відходів; 2) здійснюють інгібування уреази, присутньої в матеріалі відходів, при цьому операцію (2) інгібування здійснюють за допомогою однієї або більше з наступних дій: доводять значення рН матеріалу відходів до рНеЗ або до рН»12; використовують один або більше інгібіторів, які вибирають з М-(п-бутил)утіофосфорного триаміду, саліцилгідроксамової кислоти, тимолу і будь-якої з їх комбінацій; 3) переробляють матеріал відходів з інгібованою уреазою, отриманою при здійсненні операції (2) відповідно до способу згідно з будь-яким з пп. 1-13. ит ше с : ОХ Я і нн роя ї 00000000 шини З М г З г жд її що і я їх Її : у зв Еї Я З Ше й в І ДІЇ Ов - й о о ; ие онінна поко нен ак ї Я дфеинтт К УКХ х у хх и МОХ Ж. ї "Знай : ще ши це Кї КЕ , Ще: Кн ОО с Кох с і З: З ов се У ше с ОО ше і 5 ї ж 3. 23 х С Сх с З ж жк об КАженки с я а