THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS
A new technology for the production of organic phosphorus fertilizers from bone waste has been developed. The basis of the technology is the process of oxidative pyrolysis of a mixture of crushed bones and wood chips in the proportion of 50 × 50% by mass. As a result, bone coal is obtained, with a c...
Saved in:
| Date: | 2022 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/364 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103567264219136 |
|---|---|
| author | Klius, V. Masliukova, Z. |
| author_facet | Klius, V. Masliukova, Z. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Klius",
"institution": "Institute of renewable energy, NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "Z. Masliukova",
"institution": "Institute of renewable energy, NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine."
}
] |
| author_sort | Klius, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:17Z |
| description | A new technology for the production of organic phosphorus fertilizers from bone waste has been developed. The basis of the technology is the process of oxidative pyrolysis of a mixture of crushed bones and wood chips in the proportion of 50 × 50% by mass. As a result, bone coal is obtained, with a content of the active substance P2O5 of 39-45%, which corresponds to double superphosphate. The simple hardware design of the technology allows it to be used at every meat processing plant. Bible 6, fig. 4, table 3. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2022.3(70).83-87 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
83
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Біоенергетика
УДК 662.659 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).83-87
ТЕРМІЧНА УТИЛІЗАЦІЯ КІСТКОВИХ ВІДХОДІВ М’ЯСОКОМБІНАТІВ
З ОТРИМАННЯМ ФОСФОРНИХ ДОБРИВ
Отримано 12 серп. 2022; рекомендовано до публікації 27 вер. 2022
Доступно онлайн 30 вер. 2022
В. П. Клюс 1 , З. В. Маслюкова 2
Автор для коресподенції: Зося Маслюкова,
e-mail: biomassa@ukr.net
Розроблено нову технологію виробництва органічних
фосфорних добрив з кісткових відходів. Основу техноло-
гії складає процес окиснювального піролізу суміші подрі-
бнених кісток і деревної тріски в пропорції 50 × 50 % за
масою. В результаті отримують кісткове вугілля, із вмістом діючої речовини Р2О5 39−45 %, що від-
повідає подвійному суперфосфату. Просте апаратурне оформлення технології дає змогу застосову-
вати її на кожному м’ясокомбінаті. Бібл. 6, рис. 4, табл. 3.
Ключові слова: кісткові відходи, окислювальний піроліз, органічне фосфорне добриво, горючий газ.
THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES
WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS
Received 12 Aug. 2022; accepted 27 Sept. 2022.
Available online 30 Sept. 2022
V. Klius 1, Z. Masliukova 2
Author for correspondence: Zosiya Masliukova,
e-mail: biomassa@ukr.net
A new technology for the production of organic phosphorus
fertilizers from bone waste has been developed. The basis of
the technology is the process of oxidative pyrolysis of a mixture of crushed bones and wood chips in the
proportion of 50 × 50% by mass. As a result, bone coal is obtained, with a content of the active substance P2O5
of 39-45%, which corresponds to double superphosphate. The simple hardware design of the technology allows
it to be used at every meat processing plant. Bible 6, fig. 4, table 3.
Keywords: bone waste, oxidative pyrolysis, organic phosphorus fertilizer, combustible gas.
Вступ. Поточну залежність сільського господарства від
мінеральних добрив можна розглядати як серйозну за-
грозу для продовольчої безпеки в майбутньому. Тому
зараз потрібно використовувати цінні компоненти з усіх
потоків відходів, щоб забезпечити рух до циркулярної
економіки. Термін «відходи» невідомий у матері-при-
роді, оскільки всі матеріали мають бути повторно пере-
роблені та використані в найефективніший спосіб.
Фосфор є стратегічним ключовим елементом виробни-
цтва продовольчих культур. Фосфор нічим замінити не
можна. Немає інших відомих матеріалів з високим вмі-
стом P5O5 (≥30 %), крім мінерального апатиту та кістко-
вого вугілля.
Ресурси фосфатних порід з низьким вмістом важких мета-
лів уже вичерпані. У 2017 році Європейська комісія ви-
знала фосфор критичною сировиною (EUCOM/2017)490). У
світі лише п’ять країн контролюють 88 % світових запасів
фосфорних порід. Мінеральні фосфати в Україні відсутні.
Підприємство «Сумихімпром» (єдиний виробник фосфор-
них добрив в Україні) використовує північно-африканські
фосфати. Відповідно до ТУУ 24.1-14005076-065-2003 «За-
кордонні фосфати» вміст важких металів у вхідній сиро-
вині такий: Cd≤18мг/кг; Pb≤15мг/кг; Ar≤12 мг/кг.
На цей час в Україні кісткове вугілля не виробляється. В
Європі провідну роль у дослідженнях, розробці та
1 канд. техн. наук, доцент.
https://orcid.org/0000-0001-8536-3211
2 наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0002-4180-7930
1,2, Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна.
1 Cand. of tech. Sciences, docent.
https://orcid.org/0000-0001-8536-3211
2 Researcher.
https://orcid.org/0000-0002-4180-7930
1,2, Institute of renewable energy, NAS Ukraine,
Kyiv, Ukraine.
84
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Біоенергетика
повній індустріалізації піролізу кісткової сировини відіг-
рає компанія 3R-BioPhosphate Ltd на чолі з Едвардом Со-
мешом [1, 2]. Компанія створила промислову установку
у вигляді горизонтальної обертової печі з зовнішнім на-
гріванням сировини до 850 °С, яка працює під розрі-
дженням. Компанія має дозвіл на реалізацію біофос-
фату (кісткового вугілля) 6300/13393-2/2019 на території
Європи та дозвіл уряду Угорщини на експлуатацію уста-
новки на дослідній станції Biofarm Agri. Суттєвою пере-
вагою технології є безперервність процесу; недоліком −
використання викопного палива для піролізу сировини
і, як наслідок, висока вартість кісткового вугілля.
Постановка завдання. Дослідження процесу високоте-
мпературного перероблення кісткових відходів на орга-
нічне фосфорне добриво за допомогою біопалива.
Результати досліджень
Характеристика кісткових відходів. Кістки тварин, які
накопичуються на м’ясокомбінатах в Україні, практично
не переробляються, а вивозяться на захоронення. Лише
незначна кількість кісток використовується для вироб-
ництва желатину та кісткового борошна. Кісткова сиро-
вина містить 30−35 % вологи, 70−65 % сухих речовин і
до 25 % жиру. В свою чергу мінеральні речовини скла-
даються з 21−25 % кальцію, 9−13 % фосфору, 5 % вугіль-
ної кислоти, 1 % магнію [3]. При нагріванні кісток у реа-
кторі без доступу повітря при температурі 600−800 °С
утворюється кісткове вугілля, вихід якого становить до
70 % маси сировини. Кісткове вугілля складається з
7−11 % вуглецю та близько 80 % фосфату кальцію
Ca3(PО4)2.
Як відомо, фосфат кальцію є основою суперфосфатних
добрив. Якщо кісткове вугілля спалити, то залишиться
зола (вихід 40−60 %).
В табл. 1 наведено токсикологічний склад золи кісток і
суперфосфату [1].
Таблиця 1. Токсикологічний склад золи кісток
і суперфосфату (мг/кг)
Table 1. Toxicological composition of bone ash
and superphosphate (mg/kg)
Метали Pb Cd Zn Ni Cu Cz
Вміст у
золі
кісток
<20 0 96,9 12,5 38,9 35,2
Вміст у
суперфо-
сфаті
7–92 50–70 50–143 7–32 4–79 66–243
Як видно з табл. 1, вміст важких металів у золі кісток, а
відповідно і в кістковому вугіллі, набагато менший, ніж
у суперфосфаті, виробленому з мінеральної сировини.
Фосфатні добрива характеризуються вмістом діючої ре-
човини у вигляді Р2О5. Найменший вміст Р2О5 у суперфо-
сфаті − 12 %, у преципітаті − 30 %, а у подвійному супер-
фосфаті − 42−50 % [4].
Експериментальні дослідження. Для зменшення варто-
сті кісткового вугілля було висунуто гіпотезу про можли-
вість його виробництва сумісно з біовугіллям у реакто-
рах окиснювального піролізу. Кістки є негорючим мате-
ріалом, і для перетворення їх на кісткове вугілля необ-
хідне додаткове біопаливо (деревна тріска, гранули).
При цьому теплота, яка виділяється під час окиснюваль-
ного піролізу біопалива, нагріватиме кістки.
Перевірка гіпотези. Для проведення досліджень було
заготовлено тріски розміром фракції 20−40 мм. Аналіз
трісок на вологість виконували згідно з ГОСТ 32975.2-
2014, результа − 45 %. На одному з м’ясокомбінатів Ки-
ївської області були заготовлені подрібнені кістки тва-
рин із залишками м’ясожирової тканини. Максималь-
ний розмір кісток після подрібнення − 30 мм. Аналіз кі-
сток на вологість проводили протягом 48 год за темпе-
ратури 105 °С, результат − 20 %. Аналіз кісток на золь-
ність виконували відповідно до ГОСТ 54185-2010, ре-
зультат − 53 %. Вихід летких речовин, що утворюються з
кісткового жиру, становив 47 %.
Подрібнені кістки і тріски змішували у відповідній про-
порції й переробляли в установці (рис. 1) за техноло-
гією, яка викладена в роботі [5].
Рис. 1. Схема експериментальної установки періодич-
ної дії під тиском:
1 − реактор; 2 − колосникова решітка; 3 − кришка реа-
ктора; 4 − повітродувка; 5 − лічильник газовий; 6 − ви-
мірювач температури; 7 − комп’ютер; 8 − холодиль-
ник-конденсатор; 9 − засувка для відбору газу; 10 −
кран дренажний; 11 − засувка повітряна
Fig. 1. The scheme of the experimental installation of
periodic pressure distribution:
1 − the reactor; 2 − the grill grate; 3 − the reactor cover; 4
− the blower; 5 − the gas meter; 6 − the temperature gauge;
7 − the computer; 8 − the refrigerator-condenser; 9 − the
valve for gas selection; 10 − the drain tap; 11 − the air valve
85
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Біоенергетика
Було проведено дві серії дослідів. У першій серії дослідів
маси трісок і кісток були взяті порівну 50 × 50 %. Незважа-
ючи на те, що кістки є негорючим матеріалом, процес пе-
рероблення сировини вдалося провести. Температура в
реакторі становила 680−810 °С. Вихід продуктів: деревне
вугілля − 10−12 %; кісткове вугілля − 25−30 %; конденсат −
40−50 % робочої маси сировини.
Для другої серії дослідів склад сировини був такий: трі-
ски − 42 %; кістки − 58 %. Температура в реакторі стано-
вила 550−680 °С. Вихід продуктів: деревне вугілля −
12−14 %; кісткове вугілля − 36−38 %; конденсат − 28−35 %
робочої маси сировини.
Виконували аналіз піролізного газу на газовому хрома-
тографі 6890 N фірми Agilen (США). Результати наведено
в табл. 2. Нижча теплота згоряння газу становила
(5,38−6,63) МДж/м3, або (1286−1586) ккал/м3.
Таблиця 2. Результати аналізу газу з кісткових
відходів та тріски
Table 2. Results of gas analysis from bone waste
and wood chips
Компоненти К № 1, % об. К № 2, % об.
H2 6,85 6,03
N2 64,82 65,27
CH4 7,03 3,64
CO2 15,51 19,09
C2H4 2,49 2,23
C2H6 0,35 0,52
C3H6 0,74 0,81
C3H8 0,08 0,11
i C4H10 0,32 0,36
n C4H10 0,49 0,47
H2O 1,32 1.47
Сума 100 100
Такий газ цілком придатний для спалювання. Характерно,
що серед компонентів газу відсутній оксид вуглецю (СО) та
відзначається підвищений вміст вищих вуглеводнів (С1−С4),
імовірно, внаслідок крекінгу кісткового жиру. На рис. 2 пока-
зано динаміку зміни температур у реакторі, яка нагадує від-
повідну динаміку при переробці лише біопалива.
Рис. 2. Динаміка зміни температур у реакторі при ви-
робництві кісткового вугілля
Fig. 2. The dynamics of temperature changes in the reactor
during the production of bone coal
На другому етапі досліджено переробку суміші кісток і
трісок в однаковій пропорції
50 × 50 % за масою, яка відбувалася в реакторі з відкри-
тим верхом (рис. 3).
Рис. 3 . Реактор окиснювального піролізу:
1 – реактор; 2 – камера згоряння; 3 – опори; 4 – піддон
для біовугілля
Fig. 3. The Reactor of oxidative pyrolysis
1 – the reactor; 2 – the combustion chamber; 3 – the
supports; 4 – the pallet for biochar
Вологість тріски становила 20 %. Сировина завантажува-
лася в реактор насипом. Зверху на шар сировини насипали
пелети для розпалювання. В процесі перероблення конт-
ролювали температуру в реакторі, яка досягала 1000 °С.
Піролізний газ стійко згорав у камері згоряння. В результаті
дії високої температури термічної переробки сировини і
спалювання газу сторонні запахи не відчувалися.
На рис. 4 наведено фото отриманого кісткового вугілля.
86
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Біоенергетика
Рис. 4. Кісткове вугілля
Fig. 4. The вone coal
У табл. 3 наведено результати аналізу отриманого кіст-
кового вугілля, що виконаний рентгено-флуорисцент-
ним методом на приладі-аналізаторі EXPERT 3L W/68U.
Таблиця 3. Хімічний аналіз кісткового вугілля
Table 3. Chemical analysis of bone coal
Партія І Партія ІІ
елемент масова
частка, % елемент масова
частка, %
8 О 42,253±1,000 8 O 40,680±0,187
13 Аl 2,359±0,369 13 Al 2,149±0,408
14 Si 0,441±0,103 15 P 17,089±0,133
15 P 19,871±0,363 16 S 1,179±0,030
20 Ca 35,014±0,618 20 Ca 38,731±0,190
30 Zn ppm 86±4 26 Fe 0,116±0,003
38 Sr 0,054±0,001 38 Sr 0,055±0,001
Розрахунок
за хім. формулами
Розрахунок за
хім. формулами
формула масова
частка, % формула масова
частка, %
Al2O3 4,456 Al2O3 4,060
CaO 48,992 CaO 54,193
P2O5 45,534 Fe2O3 0,167
SiO2 0,944 P2O5 39,160
SrO 0,064 SO2 2,356
ZnO ppm 107 SiO2 ppm 0
SrO 0,065
Як видно з табл. 3, вміст Р2О5 у кістковому вугіллі стано-
вить 39,2−45,5 %, що відповідає його вмісту в подвій-
ному суперфосфаті. Вміст СаО становить 49,0−54,2 %.
Питома площа поверхні кісткового вугілля, визначена за
методом БЕТ, становила 115−153 м2/г.
Висновки
1. Встановлена можливість виробництва кісткового ву-
гілля в автотермічному режимі за рахунок теплоти кар-
бонізації трісок, вартість яких суттєво менша за газ.
2. Європейським зеленим курсом у галузі сільського го-
сподарства передбачено скорочення використання мі-
неральних добрив на 20 % до 2030 року і заміна їх орга-
нічними. Одним із нових видів органічних добрив є кіс-
ткове вугілля, виробництво якого можна налагодити на
кожному м’ясопереробному підприємстві.
3. Спосіб виробництва кісткового вугілля був запатенто-
ваний [6].
ПОСИЛАННЯ
1. The 3R Zero Emission Pyroylsis & Phosphorus Recovery
Technology [Электронный ресурс]. Доступно:
https://biophosphate.net/3r-technology
2. Innovative Products targeting carbon negative biochar,
recovered phosphorus fertiliser, water treatment
adsorbent and bio-energy applications [Электронный
ресурс]. Доступно: https://biophosphate.net/products
3. В. Н. Жеденов. Анатомия домашних животных.
Москва, росія: Высш. шк., 1965, 350 с.
4. В. Ф. Кармышов. Химическая переработка фосфо-
ритов. Москва, росія: Химия, 1983, 304 с.
5. С. В. Клюс. “Експериментальні дослідження процесів
енерготехнологічного перетворення біомаси в реак-
торах щільного шару палива”, Відновлювана енерге-
тика, №3 (42), с. 85−92, 2015.
6. С. В. Клюс. Патент на корисну модель № 134325.
Україна. МПК F23G5 5/033, F23G5 5/08/. Спосіб
термічного перероблення кісткових відходів. Заявл.
14.12.2018. Опубл. 10.05.2019. Бюл. № 9.
REFERENCES
1. The 3R Zero Emission Pyroylsis & Phosphorus Recovery
Technology, (in English). [Online]. Available: https://bi-
ophosphate.net/3r-technology
https://biophosphate.net/products
87
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Біоенергетика
2. Innovative Products targeting carbon negative bio-
char, recovered phosphorus fertiliser, water treat-
ment adsorbent and bio-energy applications, (in
English). [Online]. Available: https://biophos-
phate.net/products
3. V. N. Zhedenov, Anatomy of pets, (in Russian), Moscow,
russia: High. School , 1965.
4. V. F. Karmyshov, Chemical processing of phosphorites,
(in Russian), Moscow, russia: Chemistry, 1983.
5. S. Klius, “Experimental studies of processes of en-
ergy-technological transformation of biomass in
dense fuel bed reactors”, (in Ukrainian),
Vidnovliuvana enerhetyka, №3 (42), pp. 85−92, 2015.
6. S. Klius, Utility model patent No. 134325. Ukraine, IPC
F23G5 5/033, F23G5 5/08/. The method of thermal
processing of bone waste. (In Ukrainian). Appl.
14.12.2018. Publ. 10.05.2019. Bul. No. 9.
|
| id | veorgua-article-364 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:10:15Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/a2/713b7fa93aaac1254ac0d89574f6b5a2.pdf |
| spelling | veorgua-article-3642026-07-18T06:32:17Z THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS ТЕРМІЧНА УТИЛІЗАЦІЯ КІСТКОВИХ ВІДХОДІВ М’ЯСОКОМБІНАТІВ З ОТРИМАННЯМ ФОСФОРНИХ ДОБРИВ Klius, V. Masliukova, Z. bone waste, oxidative pyrolysis, organic phosphorus fertilizer, combustible gas. кісткові відходи, окислювальний піроліз, органічне фосфорне добриво, горючий газ. A new technology for the production of organic phosphorus fertilizers from bone waste has been developed. The basis of the technology is the process of oxidative pyrolysis of a mixture of crushed bones and wood chips in the proportion of 50 × 50% by mass. As a result, bone coal is obtained, with a content of the active substance P2O5 of 39-45%, which corresponds to double superphosphate. The simple hardware design of the technology allows it to be used at every meat processing plant. Bible 6, fig. 4, table 3. Розроблено нову технологію виробництва органічних фосфорних добрив з кісткових відходів. Основу технології складає процес окиснювального піролізу суміші подрібнених кісток і деревної тріски в пропорції 50 × 50&nbsp;% за масою. В результаті отримують кісткове вугілля, із вмістом діючої речовини Р2О5 &nbsp;39-45 %, що відповідає подвійному суперфосфату. Просте апаратурне оформлення технології дає змогу застосовувати її на кожному м’ясокомбінаті. Бібл. 6, рис. 4, табл. 3. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022-09-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/364 10.36296/1819-8058.2022.3(70).83-87 Vidnovluvana energetika ; No. 3(70) (2022): Scientific and applied Journal renewable energy ; 83-87 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3(70) (2022): Scientific and applied Journal renewable energy ; 83-87 Відновлювана енергетика; № 3(70) (2022): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 83-87 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2022.3(70) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/364/280 Copyright (c) 2022 V. Klius, Z. Masliukova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | bone waste oxidative pyrolysis organic phosphorus fertilizer combustible gas. Klius, V. Masliukova, Z. THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS |
| title | THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS |
| title_alt | ТЕРМІЧНА УТИЛІЗАЦІЯ КІСТКОВИХ ВІДХОДІВ М’ЯСОКОМБІНАТІВ З ОТРИМАННЯМ ФОСФОРНИХ ДОБРИВ |
| title_full | THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS |
| title_fullStr | THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS |
| title_full_unstemmed | THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS |
| title_short | THERMAL DISPOSAL OF BONE WASTE OF MEAT FACILITIES WITH RECEIVING PHOSPHORUS FERTILIZERS |
| title_sort | thermal disposal of bone waste of meat facilities with receiving phosphorus fertilizers |
| topic | bone waste oxidative pyrolysis organic phosphorus fertilizer combustible gas. |
| topic_facet | bone waste oxidative pyrolysis organic phosphorus fertilizer combustible gas. кісткові відходи окислювальний піроліз органічне фосфорне добриво горючий газ. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/364 |
| work_keys_str_mv | AT kliusv thermaldisposalofbonewasteofmeatfacilitieswithreceivingphosphorusfertilizers AT masliukovaz thermaldisposalofbonewasteofmeatfacilitieswithreceivingphosphorusfertilizers AT kliusv termíčnautilízacíâkístkovihvídhodívmâsokombínatívzotrimannâmfosfornihdobriv AT masliukovaz termíčnautilízacíâkístkovihvídhodívmâsokombínatívzotrimannâmfosfornihdobriv |