Состав для получения кормовой добавки, способ и технологическая линия
COMPOSITION FOR PRODUCTION OF FODDER ADDITIVE, METHOD AND PROCESSING LINE

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, а именно к утилизации отходов птицеводческих хозяйств и свиноводческих комплексов с одновременным получением экологически чистой эффективной кормовой добавки для крупного рогатого скота, свиней, птицы и рыбы.
Известен способ переработки отходов животноводства и птицеводства для получения кормового белка с использованием калифорнийского червя (см. Эрнст Л. Переработка отходов животноводства и птицеводства / Л. Эрнст, Ф. Злочевский, Г. Ерастов // Животноводство России. - 2004. - №5-6. С. 33). Недостатком данного способа является способность червей аккумулировать соли тяжелых металлов, находящихся в помете или навозе. Поедая произведенную биологическую массу червей, потребитель-животное может получить отравление этими веществами, а также отложить их в органах и тканях собственного тела. При этом будет получена экологически загрязненная животноводческая продукция, со всеми отрицательными последствиями.
Известен способ обработки птичьего помета на корм животным, (а.с. SU 976931, МПК А23К 1/00, 30.11.1982), в котором для более полного обеззараживания помета добавляют формальдегид, затем воздействуют на смесь термически, в пресс-экструдерах при давлении 12-25 атм и температуре 100-150°С. Однако и при этом способе в конечном продукте остается много вредных веществ, в том числе элементы метаболизма, тяжелые металлы и т.д.
Известен способ обработки на корм животным птичьего помета (патент РФ №2091037, МПК А23K 1/10, опуб. 27.09.1997), в котором для устранения запаха аммиака влажного помета птиц его смешивают с молочной сывороткой и/или мелассой до полного устранения запаха аммиака. Затем проводят термическое обеззараживание смеси. Для снижения затрат дезодорантов- -молочной сыворотки и мелассы - их предварительно подвергают молочнокислому брожению и при смешивании с пометом доводят рН смеси до 6,5-6,8. Термическое обеззараживание ведут при 95-100°С в течение не менее часа. Недостатком известного способа является большое необходимое количество сыворотки, 20-40% от общего объема переработки, и увеличение влажности перерабатываемого процесса, что прямо влияет на длительность процесса и стоимость. Отсутствуют показатели выбросов вредных веществ в атмосферу аммиака, фенола, сероводорода.
Известен также способ приготовления корма из птичьего помета (удобрение и кормовая добавка), включающий термическую обработку с вакуумным отсосом паров и газов в присутствии фосфорной кислоты. (a.c. SU 478829, МПК C05F 3/00, опуб. 30.07.1975). Недостатком известного способа приготовления продукта обработки куриного помета является недостаточно высокое для эффективного использования в качестве кормовой добавки содержание протеина, азота и калия. Содержание фосфора и калия в получаемом продукте обеспечивается за счет использования в процессе обработки куриного помета концентрированной фосфорной кислоты и едкого кали. Однако использование фосфорной кислоты и едкого кали при обработке куриного помета вызывает загрязнение окружающей среды и попадание вредных веществ в растения и организм человека и животных.
В составе комбикорма для крупного рогатого скота известен сухой гранулированный концентрат "БИОФОМ" (патент РФ №2139667, МПК А23K 1/16, опуб. 20.10.1999), полученный предварительным отделением жидкости из куриного помета отстаиванием до влажности 80-85%, отделением жидкости прессованием шнековым прессом до влажности массы 30-39%, гранулированием и последующей сушкой в кипящем слое сушильной установки при подаче воздуха с температурой 300-350°С. Содержание сухого гранулированного концентрата «БИОФОМ» в комбикорме от 9,8 до 21,2%.
Недостатком известной кормовой добавки является то, что процесс сушки в кипяем слое проходит при высоких температурах, процесс долго выводится на режим технологического процесса, но при этом имеет относительно малый коэффициент, так как при загрузках или выгрузке происходит резкое падение температуры. При модернизации непрерывных процессов необходимо устанавливать комплексы по очистке выхлопных газов в атмосферу. К тому же процесс имеет низкую производительность, концентрат - высокую себестоимость.
Наиболее близким к заявляемому по назначению и технической сущности (прототипом) в части состава и способа получения кормовой добавки является способ переработки помета (Патент РФ №2330411, МПК А23K 1/00, опуб. 10.08.2008), предусматривающий раздельное накопление органических отходов (птичьего помета) и сорбента (измельченной бентонитовой глины), раздельную подачу помета и бентонитовой глины во вращающийся сушильный барабан, смешивание и сушку помета и стерилизацию бентонитовой глины во вращающемся сушильном барабане посредством продува их массы газовым теплоносителем, нагретым в диапазоне 600-850°С, выгрузку готового продукта из сушильного барабана. Способ позволяет проводить переработку помета с получением биологически активного и экологически безопасного кормового средства, в котором отсутствуют личинки гельминтов, патогенная микрофлора, остатки антибиотиков, что приводит к повышению среднесуточных приростов живой массы животных. Однако, необходимость стерилизации природной бентонитовой глины и сушки помета при температуре 600-850° обуславливает высокую энергозатратность способа, что является одним из недостатков известного способа. Кроме того, при такой высокой температуре происходит выгорание белков с образованием золы, что значительно ухудшает качество конечного продукта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту в части технологической линии для производства кормовой добавки является линия для переработки птичьего помета на кормовые добавки (патент РФ на ПМ №90437, МПК C05F 3/06, опуб. 10.01.2010), содержащая последовательно расположенные загрузочный бункер, смеситель, снабженный дозатором добавок, нагревательный блок, экструдер и фасовочную машину, измельчающее устройство, расположенное между экструдером и фасовочной машиной, загрузочный бункер выполнен с вибратором, а нагревательный блок выполнен с инфракрасным нагревателем. Недостатком известной линии является то, что перерабатываемым сырьем является дезинфицированный, перепревший помет. Для подготовки к карантинированию отходов необходимо строительство специальных полигонов для предварительного складирования помета с птицефабрик. Это дополнительная нагрузка и расходы предприятию переработки. В заявляемом изобретении отходы поступают с птицефабрик на технологическую линию переработки минуя складирование. Использование в заявляемой технологической линии накопительной емкости для смешанного с сорбентами помета делает заявляемый технологический процесс намного эффективней и позволяет поточно перерабатывать отходы без использования полигонов. При этом соблюдаются все допустимые санитарные нормы по выбросам в атмосферу вредных веществ.
Стоит задача:
- создания эффективной кормовой добавки для КРС, свиней, птицы, рыбы;
- максимального сохранения питательных веществ;
- утилизации многотоннажных отходов сельского хозяйства, загрязняющих окружающую среду, при минимизации расхода сорбента;
- ускорения полного цикла получения кормовой добавки.
- организация переработки отходов непосредственно с предприятий животноводства и птицеводства в поточном режиме при максимальном сохранении питательных веществ и минимальных выбросах в атмосферу.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в снижении расхода сорбента, в повышении содержания органических компонентов кормовой добавки, ускоренном процессе переработки отходов и получения кормовой добавки, сокращение технологического цикла переработки за счет непрерывности процесса.
Поставленная задача решается тем, что состав для получения кормовой добавки, включающий органические отходы и сорбент, согласно изобретению в качестве сорбента содержит оксид кальция и неорганический сорбент агроионит при следующем соотношении компонентов, % масс: оксид кальция - 1,5-3; агроионит - 1,5-3; органические отходы - остальное. Кроме того, состав в качестве органических отходов содержит птичий помет. Поставленная задача решается способом получения кормовой добавки путем перемешивания органического отхода с сорбентом, в котором, согласно изобретению органический отход смешивают с оксидом кальция, затем с агроионитом, или органический отход смешивают со смесью оксида кальция и агроионита, затем перемешивают и сушат. Поставленная задача решается технологической линией получения кормовой добавки, содержащей размещенные в технологической последовательности приемник-смеситель, оснащенный смесителем и дозатором сорбента, сушильный блок, циклон и транспортеры, в которая, согласно изобретению, дополнительно снабжена накопителем сорбента и бункером-накопителем обработанного помета, а сушильный блок выполнен в виде барабанной сушилки с теплогенератором.
Особенность заключается в том, что в качестве сорбента кормовая добавка содержит оксид кальция и агроионит, кроме того, органический отход смешивают как со смесью сорбентов, так и отдельно с окисью кальция, затем с агроионитом. Отличает их низкое процентное содержание в готовой продукции, что позволяет утилизировать многотоннажные отходы птицеводческих комплексов, используя сравнительно небольшое количество сорбента за сравнительно короткое время. Отходы птицеводческих хозяйств, комплексов относятся к третьему классу опасности «умеренно опасные», при осуществлении заявляемого изобретения перерабатываемый продукт переходит к пятому классу опасности «практически неопасные». Это позволяет непрерывно производить переработку отходов сельского хозяйства, при этом сохраняя полезные свойства и предотвращая складирование отходов. Отсутствуют вредные выбросы на производственной площадке, продукты производства соответствуют санитарным нормам. Готовая продукция кормовая добавка может храниться в течение 3 лет в сухих помещениях.
Важным для решения поставленной задачи является то, что химическая реакция между отходами животноводства (или птицеводства) и минеральным сорбентом происходит при смешивании исходных компонентов очень быстро, в течение 20 минут. В ходе реакции происходит незначительное выделение тепла, которое необходимо утилизировать. Далее необходимо обработанный помет выдержать в течение некоторого времени для завершения проходящих процессов, выравнивания температуры реакционной массы. Для этого и используется бункер-накопитель обработанного помета, имеющий значительный объем. Это позволяет решать наряду с технологическими и логистические задачи. Кроме того, линия может быть установлена непосредственно на птицефабрике, где непрерывным потоком поступает птичий помет, и необходимо создавать недельный запас сорбента, что позволяет непрерывно вести переработку, поэтому линия дополнительно содержит и накопитель сорбента.
Оксид кальция СаО (негашеная известь (ГОСТ 8677-76; ГОСТ 9179-77)) представляет собой известняк, всегда есть в наличии и доступен по цене. Также к преимуществам известняка можно отнести обширность месторождений. Известняк является экологически чистым материалом, природным антисептиком и антиаллергеном, поэтому он идеально совместим с человеком. Используется в нефтеперерабатывающей, нефтехимической (производство присадок и смазок), химической, кожевенной и других отраслях промышленности, сельском хозяйстве.
Агроионит K<1(Fe3+,Fe2+, AL, Mg)2-3 [Si 3(Si,AL)O10][OH]2*nH2O относится к группе глауконитов, обладает структурой слюды и широкими вариациями химического состава: окись калия (К2O) 4,4-9,4%, окись натрия (Na2O) 0-3,5%, окись алюминия (AL2O3) 5,5-22,6%, окись железа (Fe2O3) 6,1-27,9%, закись железа (FeO) 0,8-8,6%, окись магния (MgO) 2,5-4,5%, двуокись кремния (SiO2) 47,6-52,9%, вода H2O 4,9-13,5%. Агроионит получают путем «грохочения» исходных глауконитосодержащих песков. Агроионит выпускается по ТУ 2164-006-03029859-2009, используется для рекультивации почв и как поглотитель солей тяжелых металлов. Благодаря своим специфическим свойствам глаукониты представляют собой ценное промышленное сырье различного назначения. В заявляемом решении сорбент агроинит совместно с оксидом кальция позволяет значительно сократить расход сорбента и время взаимодействия сорбентов с органическим отходом, их использование для получения кормовых добавок неизвестно, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
При взаимодействии оксида кальция с влажной поверхностью птичьего помета или навоза происходит химический процесс, сопровождающийся выделением большого количества тепла и снижением выбросов аммиака, фенола, сероводорода. Использование совместно с оксидом кальция агроионита позволяет снизить концентрацию аммиака, фенола в десятки раз, а содержание сероводорода снижается до значений ниже предела обнаружения. Каждый из сорбентов в смеси выполняет свою функцию - обеззараживание пролонгированного действия, исключающее образование новой патогенной микрофлоры в готовом продукте и нейтрализацию паров сероводорода и аммиака, уничтожая запах за счет прекращения реакции бактериального разложения. Соотношение сорбентов выбирается в равных пропорциях, суммарное содержание в составе кормовой добавки - от 3,0 до 6,0%. При содержании каждого сорбента меньше 1,5% снижается скорость процесса. Увеличение содержания выше 3% нецелесообразно из-за увеличения материальных затрат на 1 т перерабатываемых органических отходов (увеличение себестоимости) и нет необходимости снижать время проведения реакции ниже 20 мин.
Лабораторными исследованиями и промышленными испытаниями подтверждено также, что процентное содержание сорбентов не зависит от вида органического отхода (птичий помет или свиной вывоз), а также от влажности и содержания в нем различных антибиотиков, используемых при вакцинации и других органических включений. Также не влияет рацион питания птицы и свиней, производящих органические отходы.
На группе животных, проводилось изучение влияния вскармливания новой кормовой добавкой крупного рогатого скота, определение эффективности комбикорма.
На базе испытательной лаборатории почв, кормов, сельскохозяйственной и пищевой продукции были проведены исследования состава кормовой добавки. Исследуемые показатели: влага, азот, протеин (расч.), клетчатка, сырой жир, каротин, зола, кальций, фосфор, рН, нитраты. Результаты анализов кормовой добавки приведены в таблице 1.
По компонентам, характеризующим питательную ценность заявляемой кормовой добавки "Золотая гранула" наибольший интерес представляют:
- Протеин (белок) - это строительный материал живого организма необходим для роста и развития животных;
- Сырая клетчатка - необходима для нормального пищеварения, если недостаточно в рационе, у животных наблюдаются расстройства пищеварительного тракта, если избыток, то корм плохо усваивается;
- Каротин - (провитамин А) витамин роста, необходим для нормального роста и развития молодняка;
- Сырой жир влияет на количество обменной энергии - энергии, которую организм использует для осуществления обменных процессов, которая используется для поддержания жизни, которая также необходима для усваивания протеина;
- Кальций и Фосфор влияют на обменные процессы, необходимы для развития костной системы.
По всем исследованным показателям кормовая добавка, полученная из заявляемого состава по заявляемому способу, является эффективной кормовой добавкой для КРС, свиней, птицы, рыбы;
Были разработаны нормы ввода кормовой добавки в состав комбикорма и составлен рацион кормления для подопытных животных. Для изучения эффективности применения кормовой добавки в рационах проведены научно-хозяйственные опыты на КРС (порода), отобранные по методу пар - по две головы в каждой. Схема опыта приведена в таблице 2.
Исследования проводились в соответствии с «Правилами бактериологического исследования кормов», утв. ГУВ МСХ СССР от 10.06.1975 г.; МУ «Лабораторная диагностика сальмонеллезов человека и животных, обнаружение сальмонелл в кормах, продуктах питания и объектах внешней среды», Москва, 1990 г.; МУ «Индикация бактерий рода «Протеус» в кормах животного происхождения от 21.05.1981 г.; МУ «Методика бактериологического исследования кормов на энтерококки» от 21.03.1986 г. При бактериологическом исследовании бак. обсемененность доставленных проб составила: 0 (ноль) микробных клеток на 1 гр кормовой добавки. Сальмонелл, энтеропатогенного типа кишечной палочки, энтерококков, протея, анаэробов и их токсинов не выделено.
Нами изучалось влияние скармливания комбикорма с введением в его состав новой кормовой добавки (т.е. заменой зернофуражной части) на поедаемость и перевариваемость питательных веществ, биохимический статус крови. Результаты отбора проб крови исследуемых животных во время проведения эксперимента приведены ниже (Таблица 3).
На основании получения результатов исследований были разработаны рецепты комбикормов с указанием норм ввода, т.е. замены зернофуражной части комбикорма с новой кормовой добавкой. Опыты проводились согласно схеме, в соответствии с календарным планом. Условия содержания для всех групп одинаковые. Продолжительность опыта от 0 до 90 дней. В период проведения опыта велся учет заданных кормов и их остатков ежедекадно-групповым методом. Для определения суточных приростов живой массы проводили ежемесячные контрольные взвешивания - индивидуально. Для контроля за полноценностью кормления и физиологических процессов изучались морфологические и биохимические показатели крови в начале перед постановкой на опыт и в конце после снятия с опыта. Также велось наблюдение за общим состоянием подопытных животных (частота пульса, дыхания, состояния шерстного покрова, копытного рога, консистенции кала). Показатели крови изучались по общепринятым методикам в аналитической лаборатории.
Конверсия протеина и энергии корма в продукцию определялась в соответствии с методическими рекомендациями ВИЖа и ВАСХНИЛ (1983).
Результаты исследований показали, что при установленных нормах 15, 20, 25% замена основного корма (дробленая пшеница, ячмень) показатели анализа крови, дыхания, шерстного покрова, копытного рога и консистенции кала остались неизменными.
При этом были получены привесы по отношению к контрольной группе
Выводы: кормовая добавка была использована при кормлении КРС. Результаты показали, что при различных дозировках введения кормовой добавки вместо основного корма получены привесы, причем на 28-65% выше, чем в контрольной группе.
Проводились также исследования введения различного количества кормовой добавки взамен зерновой части рациона лабораторных мышей, рыб (карпов), кроликов и гусей. При проведении исследований учитывали показатели поедаемости корма, сохранности животных, воспроизводительной способности, динамику изменений живой массы и линейных промеров тела. Доля кормовой добавки колебалась в пределах от 2,5 до 50% от питательности рациона в зависимости от вида животных и группы. Формирования групп проводилось методом пар аналогов по живой массе, полу, и возрасту. По результатам исследований можно утверждать, что в опытных группах животных, получавших в составе рациона кормовую добавку, наблюдалось повышение сохранности поголовья в сравнении с контрольной группой (не получавшей добавку). При этом отклонений по живой массе, линейным показателям роста и общему развитию в опытных группах всех видов выявлено не было, что подтверждает эффективность заявляемой кормовой добавки.
Схема заявляемой технологической линии для получения кормовой добавки представлена на фиг.:
1 - приемник-смеситель исходного сырья;
2 - дозатор сорбента;
3 - ворошитель;
4 - накопитель сорбента;
5 - транспортер;
6 - бункер-накопитель обработанного помета;
7 - транспортер;
8 - теплогенератор;
9 - барабанная сушилка;
10 - блок циклонов;
11 - выхлопная труба для отработанных газов.
Технологическая линия работает следующим образом.
Производительность переработки - от 50 до 500 т в сутки. Технологическая линия максимальной производительности располагается в здании размерами 54×24 метра. С внешней стороны здания для загрузки исходного сырья - отходов птицеводства (помет, перо, падеж) находятся окно приемника-смесителя исходного сырья 1. Для загрузки сорбента в накопитель сорбента 4 выведен трубопровод для вакуумной загрузки (на схеме не показан).
Исходное сырье - птичий помет, поступивший с фабрики при влажности 35-65%, выгружают в приемник-смеситель 1. Приемник-смеситель 1 включает в себя приемочную емкость объемом от 1 тонны, оборудованную ворошителем 3 для равномерного перемешивания сорбентов с органическими отходами, над ворошителем 3 располагаются дозаторы сорбента 2, подающие оксид кальция и агроионит для обеззараживания, исключающего образование новой патогенной микрофлоры в готовом продукте, и поглощения паров выделенных газов (нейтрализация паров фенола, сероводорода и аммиака) за счет прекращение реакции бактериального разложения, сопровождающегося выделением газов.
Доставка и выгрузка сорбентов осуществляется специальным автотранспортом, оборудованным емкостью-цистерной и вакуумным насосом для перевозки и выгрузки сыпучих продуктов (типа муковоз). Сорбенты представляют собой мелко дисперсную сыпучую субстанцию. Сорбенты помещают в накопитель 4, позволяющий хранить недельный запас сорбентов. В ворошитель 3 (представляет собой тарельчатый, планетарный или двухвальный, на каждом из них свой механизм для перемешивания помета с сорбентом и система выгрузки) подают при помощи дозатора 2 смесь сорбентов в количестве 3,0%-6,0% от объема исходного сырья и начинают процесс смешивания. Для получения однородной массы сорбента и помета необходимо 1-2 минуты. Результаты лабораторных исследований показали, что длительность реакции сорбента и помета не превышает 20 минут, а в первые минуты резко пропадает запах, и при этом нет необходимости следить за изменением температуры и влажности реакционной массы. В результате смешивания происходит снижение влажности до 7-10% и повышение температуры в целом на 10 градусов. В процессе смешивания мгновенно происходит прекращение выделения аммиака, фенола, сероводорода, что подтверждено лабораторными испытаниями и промышленным внедрением. Сырье переходит из 3 категории «умеренно опасные» в 5 категорию - «безопасные или малоопасные». Процентное содержание сорбентов и невысокая температура производства позволяет максимально сохранить полезные вещества, содержащиеся в курином помете.
После смесителя 3 закрытый шнековый транспортер 5 выгружает смесь в бункер-накопитель обработанного помета 6, который представляет собой закрытую емкость, оснащенную автоматическими задвижками в нижней части.
Бункер - накопитель 6 вместимостью от 50-500 т служит для промежуточного накопления и позволяет куриному помету пройти процесс преобразований вместе со смесью сорбентов после ворошения. Процесс адсорбции паров фенола, сероводорода, аммиака длится не более 20 мин. В короткий срок емкость позволяет принять большую часть дневного объема сырья для дальнейшей переработки и оптимизации логистики, а также используется как резервная емкость во время остановки на профилактический ремонт. В ней происходит окончательное обеззараживание сырья. Далее готовая к переработке масса по закрытому транспортеру 7 подается в сушильный блок, имеющий в своем составе барабанную сушилку 9, в которую от теплогенератора 8 вентилятором подается сушильный агент - воздух с температурой не более 120°С, при этом максимально сохраняется питательная ценность биомассы.
После этого обработанную массу разделяют в блоке циклонов 10 на две фракции: легкую (смесь пара и топочных газов) и тяжелую - порошок удельным весом 0,35. Пар выводится в атмосферу или в конденсатор влаги и преобразуется в воду через выхлопную трубу для отработанных газов 11, а полученный порошок - муку готовой кормовой добавки влажностью 8-14% перемещают в накопительный бункер готового продукта (на схеме не показан) для дальнейшей фасовки.
Совмещенная система приемки, дозирования и смешивания в приемнике-смесителе упрощает процесс предварительной подготовки, исключая дополнительные движущиеся механизмы в отличие от известных решений. Увеличивается скорость смешивания между выгрузкой смешанного помета и загрузкой новой партии. Промежуточная накопительная емкость бункер-накопитель позволяет в отличие от известных моделей вывести на режим непрерывной переработки, оптимизировать доставку и приемку сырья, завершить процесс преобразований после взаимодействия компонентов и предотвратить выбросы в атмосферу.
Испытания показали, что заявляемые способ и технологическая линия при соблюдении температурного режима 120 градусов на входе в сушилку и 60 градусов на выходе обеспечивает сохранение нужных химических свойств получаемой кормовой добавки, позволяя ускоренно и непрерывно перерабатывать большие объемы отходов птицеводства в сутки, не загрязняя атмосферный воздух и территории.
Использования сорбентов и технологии получения максимально сохраняет питательную ценность биомассы и дает продукт, отвечающий утвержденным ветеринарно-санитарным требованиям к кормам животного происхождения.
Создана эффективная кормовая добавка для КРС, свиней, птицы, рыбы при максимальном сохранении питательных веществ. Утилизируются многотоннажные отходы сельского хозяйства, загрязняющих окружающую среду при минимизации расхода сорбента. Ускоряется полный цикл получения кормовой добавки при переработке отходов непосредственно с предприятий животноводства и птицеводства в поточном режиме при максимальном сохранении питательных веществ и минимальных выбросах в атмосферу.