Способ получения концентрированного удобрения из птичьего помета и концентрированное удобрение

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Способ получения концентрированного удобрения из птичьего помета заключается в том, что смешивают упомянутый птичий помет с водой в заранее заданном соотношении до получения однородной массы; загружают полученную однородную массу в диспергационную камеру; герметизируют упомянутую диспергационную камеру; нагревают упомянутую однородную массу до заранее заданной температуры; подают в герметизированную диспергационную камеру заранее заданное статическое давление; обрабатывают содержимое упомянутой диспергационной камеры ультразвуковыми колебаниями с плотностью озвучивания не менее 60 Вт/см², обеспечивающими в течение заранее заданного времени звуковое давление на упомянутую однородную массу, превышающее упомянутое статическое давление на заранее заданную величину. Концентрированное удобрение из птичьего помета с размерами частиц не более 30-50 нм. Изобретения позволяют получить концентрированное удобрение с наноразмерными частицами, обеспечить широкое применение такого концентрированного удобрения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к технике получения концентрированного удобрения из птичьего помета и к получаемому в результате концентрированному удобрению.

Уровень техники

В настоящее время известны различные способы получения концентрированных удобрений из птичьего помета.

Как правило, такие удобрения готовят с использованием ферментации птичьего помета микроорганизмами (см., например, патенты РФ №2322427, опубл. 20.04.2008, и №2504520, опубл. 20.01.2014, а также заявку Китая №101723714, опубл. 09.06.2010). Недостатком этих способов является длительное время получения удобрения.

Известны способы получения удобрений из птичьего помета, в которых помет измельчают с помощью ультразвука (см., например, патенты РФ №2350587, опубл. 27.03.2009, и №2426722, опубл. 20.08.2011, заявки Китая №101863690, опубл. 20.10.2010, и №102173898, опубл. 07.09.2011, а также заявки Кореи №20080021571, опубл. 07.03.2008, и №20100078401, опубл. 08.07.2010).

Одним из недостатков всех этих способов является их сложность, поскольку обработка ультразвуком составляет только часть всего процесса, служащую для измельчения помета до микроразмеров, чтобы эффективнее проводить последующую химическую и иную обработку. Другой недостаток состоит в том, что мощность ультразвуковых колебаний, как правило, выбирается порядка единиц Вт/см³, что не позволяет обеспечить получение более мелких частиц помета. Т.е. применение получаемого известными способами удобрения весьма ограниченно, т.к. чем меньше размеры частиц удобрения, тем выше эффективность от его применения.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является разработка такого способа получения концентрированного удобрения из птичьего помета, который был бы проще известных, занимал меньше времени и позволял получать концентрированное удобрение с наноразмерными частицами. Это позволяет обеспечить более широкое применение такого концентрированного удобрения из птичьего помета.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ получения концентрированного удобрения из птичьего помета, заключающийся в том, что: смешивают птичий помет с водой в заранее заданном соотношении до получения однородной массы; загружают полученную однородную массу в диспергационную камеру; герметизируют диспергационную камеру; нагревают однородную массу до заранее заданной температуры; подают в герметизированную диспергационную камеру заранее заданное статическое давление; обрабатывают содержимое диспергационной камеры ультразвуковыми колебаниями с плотностью озвучивания не менее 60 Вт/см², обеспечивающими в течение заранее заданного времени звуковое давление на однородную массу, превышающее статическое давление на заранее заданную величину.

Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что звуковое давление может превышать статическое давление на 20-50%.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что частоту ультразвуковых колебаний могут регулировать в диапазоне 15-30 кГц с одновременной регулировкой статического давления для надежной диспергации частиц птичьего помета до размеров 30-50 нм.

При этом регулировку частоты ультразвуковых колебаний могут о-существлять в режиме: начальное воздействие в диапазоне 15-20 кГц в течение 4-6 минут и конечное воздействие в диапазоне 20-30 кГц в течение 4-6 минут.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что заранее заданная температура может находиться в пределах от 60 до 110°С.

Наконец, еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в смеси птичьего помета с водой соотношение птичьего помета к воде лежит в пределах от 1:0,5 до 1:1.

Во втором объекте настоящего изобретения предложено концентрированное удобрение из птичьего помета с размерами частиц не более 30-50 нм, полученное способом по первому объекту настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Прежде чем описывать предложенный способ, следует подробнее рассмотреть особенности образования птичьего помета и оценить его состав. В данном описании под термином «птичий помет» понимается помет птиц, преимущественно кур, содержащихся на птицефермах. Условия содержания на птицефермах, ограничивающие движения птиц, не позволяют им полностью переваривать зерно в пищеварительном процессе.

У всех питающихся зерном птиц, в том числе и у кур, имеется еще один орган пищеварения в виде мешочка в расширяющейся части пищевода. Эта камера, называемая вторым желудком, способствуя накоплению, смачиванию и размягчению пищи, создает нужную консистенцию в пищеварительном процессе, вследствие чего облегчает желудочную нагрузку.

Желудок курицы делится на две части: преджелудок и второй желудок. Поглощенная птицей пища, проходя через пищевод, попадает в преджелудок, вырабатывающий пищеварительную секрецию. Здесь пища остается на некоторое время, где под воздействием желудочного сока осуществляется преобразование принятой пищи. В этой секреции находится фермент пепсин, дающий толчок к перевариванию белков, а также образующаяся для подготовки уровня рН к действию этого фермента соляная кислота, которая также помогает и при расщеплении минералов. Эти два вида секреции вырабатываются находящимися в желудке секреторными железами.

Следующий орган после преджелудка - второй желудок, он является местом, где происходит механическое пищеварение, свойственное всем птицам, питающимся зернами. Этот желудок, за счет выстилающего его стенки толстого и прочного мышечного покрытия, также носит название «мускульный». Пища перетирается сокращениями мышц желудка при помощи гастролитов - камешков, заглатываемых птицей и играющих роль жерновов.

По результатам неоднократно проведенных исследований можно сделать вывод, что вследствие малоподвижного образа жизни на птицеферме в среднем от 30 до 60% зерна в полупереваренном состоянии остается в птичьем помете.

Отметим, что внутренний слой зерна, эндосперма и зародыш, содержат большое количество пептидов, дипептидов и три пептидов, а также основные фитогормоны (ауксины, гиббереллины, цитокинины). Поэтому понятно, что птичий помет может служить основой для получения весьма эффективного сельскохозяйственного удобрения.

Способ по настоящему изобретению реализуется в устройствах, представляющих собой герметизируемую диспергационную камеру, в которую загружается исходный материал - птичий помет, смешанный с водой в заранее заданном соотношении. Возможные пределы соотношения птичьего помета к воде составляют от 1:0,5 до 1:1, хотя возможны и некоторые отклонения этих предельных значений. После загрузки полученной однородной массы в диспергационную камеру осуществляют ее герметизацию и нагревают загруженную массу до заранее заданной температуры. Пределы температуры такого нагрева могут составлять от 60 до 110°С.

К нагретой в герметизированной диспергационной камере однородной массе прикладывают заранее заданное статическое давление. Величина этого статического давления определяется из условия, которое приведено ниже, и может составлять, к примеру, 7-10 атм. Затем обрабатывают содержимое герметизированной диспергационной камеры ультразвуковыми колебаниями с плотностью озвучивания не менее 60 Вт/см². Эти ультразвуковые колебания обеспечивают в течение заранее заданного времени звуковое давление на однородную массу, превышающее приложенное статическое давление на заранее заданную величину. Предпочтительно указанное превышение звукового давления над статическим давлением составляет от 20 до 50%, исходя из чего и выбирается значение статического давления.

Ультразвуковые колебания имеют частоту, лежащую в диапазоне от 15 до 30 кГц. Указанные ультразвуковые колебания могут генерироваться, например, с помощью такого источника ультразвука как известный специалистам магнитострикционный преобразователь, расположенный, скажем, под днищем диспергационной камеры, либо магнитоакустический генератор, в котором цилиндрическая стенка камеры вибрирует под действием наводимых в ней вихревых токов (см. патент РФ №2490317, опубл. 20.08.2013). Такая обработка вызывает образование в разведенной водой однородной массе птичьего помета образование кавитационных пузырьков с их последующим схлопыванием. Известно (см. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П. Голямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.), что охлопывающийся кавитационный пузырек способен диспергировать твердые частицы, размеры которых больше его собственного максимального размера. Таким образом, за счет соответствующего выбора параметров в способе по настоящему изобретению обеспечивается измельчение частиц птичьего помета до величин порядка десятков нанометров.

Поскольку в процессе кавитации, происходящей в диспергационной камере, размеры частиц помета уменьшаются, соответственно следует уменьшать и размер возникающих кавитационных пузырьков. Максимальный размер пузырька зависит от времени его роста, а, значит, от частоты озвучивания. Поэтому для более тонкой диспергации частиц птичьего помета до наноразмеров (30-50 нм) осуществляется регулировка частоты ультразвуковых колебаний с одновременной регулировкой статического давления. Предпочтительно регулировку частоты ультразвуковых колебаний осуществляют в следующем режиме: начальное воздействие в диапазоне от 15 до 20 кГц в течение 4-6 минут и конечное воздействие в диапазоне от 20 до 30 кГц в течение 4-6 минут. В принципе, частоту ультразвука можно плавно увеличивать в течение всей обработки загруженной порции разведенного водой птичьего помета.

Нужно только иметь в виду, что уменьшение времени роста кавитационного пузырька понижает кинетическую энергию возникающих при его коллапсе потоков жидкости, разрушающих частицы помета. Поэтому для поддержания динамики диспергации статическое давление в диспергационной камере следует соответственно повышать при повышении частоты ультразвуковых колебаний.

В том случае, когда рассмотренную ультразвуковую обработку проводят с помощью магнитоакустического устройства, в котором ультразвуковые колебания возбуждаются за счет вибрации тонкой стенки диспергационной камеры, площадь излучающей поверхности становится гораздо больше, чем при использовании магнитострикционного преобразователя. Поэтому значительно увеличивается эффективность процесса и сокращается время диспергации единицы массы водонасыщенного птичьего помета.

В результате указанной обработки в диспергационной камере образуется жидкая (гелевая) субстанция, свойства которой определяются содержанием гуминовых кислот и фульвокислот, т.е. растворимых в воде гумусовых кислот. Это высокомолекулярные органические вещества, размер молекул которых колеблется от 35 до 45 нм. Поскольку в способе по настоящему изобретению частицы помета измельчаются до 30-50 нм в отсутствие химической, а также термической обработки, гуминовые кислоты и фульвокислоты практически не разрушаются и в полном объеме проявляют свою активность в получаемом удобрении.

В составе жидкости, получающейся в результате описанной ультразвуковой обработки, содержится следующее:

Азот: 3-5,2%;

Калий: 2,5-4,8%;

Фосфор: 1,8-7%;

Органическое вещество: 73-89% при рН 7-7,3, со следующими компонентами:

- Лизин: 0,7-0,8%, - алифатическая незаменимая аминокислота с выраженными свойствами основания;

- Гистидин: 0,15-0,25% - гетероциклическая альфа-аминокислота, одна из 20 протеин генных аминокислот;

- Аргинин: 0,35-0,42% - бис-N-метилкарбаминовый эфир 2, 6-бис-оксиметилпиридина, или 2, 6-пиридинил-бис-(метил-N-метилкарбамат):

- Аспарагиновая кислота: 1,01-1,02%, - алифатическая аминокислота, одна из 20 протеин генных аминокислот организма (аминоян-тарная кислота, аспартат, аминобутандиовая кислота);

- Треонин: 0,5-0,6% - L-треонин вместе с 19 другими протеин генными аминокислотами участвует в образовании природных белков. Для человека треонин является незаменимой аминокислотой. Суточная потребность в треонине для взрослого человека составляет 0,5 г, для детей - около 3 г. Бактериями и растениями треонин синтезируется из аспарагиновой кислоты через стадию образования гомосерин-O-фосфата;

- Серин: 0,5-0,7% - участвует в образовании активных центров ряда ферментов (эстераз, пептид гидролаз), обеспечивая их функционирование. Протеолитические ферменты, активные центры которых содержат серии, играющий важную роль при выполнении каталитической функции, относят к отдельному классу сериновых пептидаз;

- Глютаминовая кислота: 1,2-1,3% - алифатическая аминокислота. В живых организмах глютаминовая кислота в виде аниона глютамата присутствуют в составе белков, ряда низкомолекулярных веществ и в свободном виде. Глютаминовая кислота играет важную роль в азотистом обмене;

- Пролин: 0,2-0,3% - гетероциклическая аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах - L и D, а также в виде рацемата;

- Глицин: 1,1-1,3%, - простейшая алифатическая аминокислота, единственная аминокислота, не имеющая оптических изомеров (аминоуксусная кислота, аминоэтановая кислота);

- Аланин: 0,7-0,8% - алифатическая аминокислота. α-Аланин входит в состав многих белков, β-аланин входит в состав ряда биологически активных соединений;

- Валин: 0,6% - алифатическая α-аминокислота, одна из 20 протеин генных аминокислот, входит в состав практически всех известных белков;

- Изолейцин: 0,4-0,5% - алифатическая α-аминокислота, имеющая химическую формулу HO₂CCH(NH₂)СН(СН₃)СН₂СН₃ и входящая в состав всех природных белков;

- Лейцин: 0,67-0,85% - алифатическая аминокислота с химической формулой HO₂CCH(NH₂)CH₂CH(CH₃)₂, незаменимая аминокислота, в организме человека не синтезируется;

- Тирозин: 0,17-0,2% - ароматическая альфа-аминокислота. Является протеин генной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Тирозин входит в состав ферментов, во многих из которых именно тирозину отведена ключевая роль в ферментативной активности и ее регуляции;

- Фенила Ланин: 0,36-0,45% - является протеин генной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Участвуя в гидрофобных и стэкинг-взаимодействиях, фенила Ланин играет значительную роль в фолдинге и стабилизации белковых структур, является составной частью функциональных центров;

- Ауксины различных форм (ауксины, гиббереллины, цитокинины) от 80 до 150 мг на кг.

Полученное в результате описанного способа концентрированное удобрение из птичьего помета с размерами частиц не более 30-50 нм можно использовать в растениеводстве.

Преимущества рассмотренного способа получения удобрения следующие:

1. Птичий помет перерабатывается полностью.

2. При переработке соблюдается абсолютная герметичность, исключающая малейший выброс газов.

3. При обработке в кавитационном поле при высоком статическом давлении происходит окисление молекул аммиака.

4. Для получения одной тонны удобрения используется 500 кг птичьего помета из расчета на сухое вещество и затрачивается 4 кВт электроэнергии.

5. Для обеспечения урожайности требуется внесение в почву 50 кг полученного удобрения на 1 га при разведении 1: 1000.

В известных способах переработки птичьего помета обычно не упоминается присутствие в удобрении абсцизовой кислоты, которая представляет собой фитогормон, вырабатываемый растениями и замедляющий прорастание семян. Этот фитогормон синтезируется растениями на момент созревания плода. Появление его в почве не только замедляет прорастание семян, но и является сигналом для выхода нематод из цисты. Естественный распад молекулы абсцизовой кислоты происходит в природе за 3-5 месяцев при температуре не выше 5-7°С. При ультразвуковой же обработке распад этого фитогормона происходит мгновенно. Данное обстоятельство делает получающееся удобрение еще более эффективным.

Таким образом, способ по настоящему изобретению, позволяющий получать из птичьего помета концентрированное удобрение с наноразмерными частицами, проще известных и занимает меньше времени. Получающееся в результате концентрированное удобрение из птичьего помета может иметь более широкое применение.

1. Способ получения концентрированного удобрения из птичьего помета, заключающийся в том, что:
- смешивают упомянутый птичий помет с водой в заранее заданном соотношении до получения однородной массы;
- загружают полученную однородную массу в диспергационную камеру;
- герметизируют упомянутую диспергационную камеру;
- нагревают упомянутую однородную массу до заранее заданной температуры;
- подают в герметизированную диспергационную камеру заранее заданное статическое давление;
- обрабатывают содержимое упомянутой диспергационной камеры ультразвуковыми колебаниями с плотностью озвучивания не менее 60 Вт/см², обеспечивающими в течение заранее заданного времени звуковое давление на упомянутую однородную массу, превышающее упомянутое статическое давление на заранее заданную величину.

2. Способ по п.1, в котором упомянутое звуковое давление превышает упомянутое статическое давление на 20-50%.

3. Способ по п.1 или 2, в котором регулируют частоту упомянутых ультразвуковых колебаний в диапазоне 15-30 кГц с одновременной регулировкой статического давления для надежной диспергации частиц упомянутого птичьего помета до размеров 30-50 нм.

4. Способ по п.3, в котором упомянутую регулировку частоты ультразвуковых колебаний осуществляют в режиме: начальное воздействие в диапазоне 15-20 кГц в течение 4-6 минут и конечное воздействие в диапазоне 20-30 кГц в течение 4-6 минут.

5. Способ по п.1, в котором упомянутая заранее заданная температура находится в пределах от 60 до 110°С.

6. Способ по п.1, в котором в упомянутой однородной массе соотношение упомянутого птичьего помета к воде лежит в пределах от 1:0,5 до 1:1.

7. Концентрированное удобрение из птичьего помета с размерами частиц не более 30-50 нм, полученное способом по любому из пп.1-6.