СПОСОБ ХРАНЕНИЯ И ПОДГОТОВКИ К УТИЛИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ Российский патент 2010 года по МПК A01C3/00 C02F3/30 C05F3/06 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к технологии переработки животноводческих стоков, например жидкого навоза, а именно к способу хранения и подготовки к утилизации органических отходов животноводства.

Животноводческие фермы и комплексы, как правило, характеризуются высокой концентрацией поголовья животных на ограниченной площади, отсутствием безукоризненно работающих эффективных технологий хранения и подготовки к утилизации навозных стоков и являются причиной необратимого процесса загрязнения окружающей среды в зоне размещения животноводческих ферм и комплексов промышленного типа. Жидкий навоз содержит питательные вещества, которые положительно влияют на почву и растения. Но в то же время в нем могут содержаться носители таких опасных заболеваний, как сибирская язва, туберкулез, бруцеллез, паратиф, паратуберкулез, ящур и другие. При недостаточной подготовке и неправильном использовании навоз может стать источником загрязнения воздуха и воды соединениями азота, фосфора, неорганическими солями, органическими твердыми веществами и микроорганизмами. Если загрязняющие вещества присутствуют в большой концентрации, то они могут нанести существенный вред окружающей среде.

Известны различные способы и установки для переработки органических отходов в экологически чистые и полезные вещества.

Известна установка для переработки органических отходов [Патент RU №2234829, МПК A01C 3/02]. Установка содержит средство для подачи исходной массы, центрифугу для разделения исходной массы на твердую и жидкую фракции, емкость-дозатор, метантенк с нагревательным элементом и системы загрузки и выгрузки. Система загрузки выполнена в виде вертикально расположенного по центру метантенка трубопровода, вокруг которого соосно расположены направляющие потока сбраживаемой массы, выполненные в виде усеченных конусов, установленных поочередно большими и малыми основаниями один над другим с перекрывающим зазором относительно друг друга. Навоз насосом подается в центрифугу, откуда твердая фракция удаляется для ее дальнейшего использования, а жидкая фракция через емкость-дозатор поступает в накопитель, где может выдерживаться в течение 6 месяцев с целью ее естественного обеззараживания и далее использоваться для удобрения с/х культур, или подается в метантенк, где подвергается воздействию анаэробных микроорганизмов, в результате чего происходит разложение органических веществ, содержащихся в навозе, и образование биогаза. Время движения каждой частицы от начала ее поступления в метантенк до ее выхода составляет не менее 3 суток.

Известна биогазовая установка для анаэробного сбраживания органических отходов [Патент RU №2202161, МПК A01C 3/02]. Установка содержит реактор, разделенный на сообщающиеся между собой секции. Каждая секция содержит стаканы, в которых установлены с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга посредством привода колоколообразные сборники газа. Исходное сырье отстаивается, очищается и поступает в технологическую емкость реактора для анаэробного сбраживания органических отходов. Возвратно-поступательное движение колоколообразных сборников газа осуществляет эффективное перемешивание массы.

Указанные устройства для переработки органических отходов имеют сложную конструкцию, ограниченный объем, процесс требуют высоких энергозатрат.

Известен способ анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления [Патент RU №2315721, МПК C02F 3/28]. В анаэробный биореактор помещают влажную предварительно подготовленную органическую биомассу с анаэробными бактериями - закваской и обеспечивают ее сбраживание с нагреванием, при этом из анаэробного биореактора производят отбор биогаза и жидкого органического удобрения, причем управление процессом осуществляют с помощью программируемого компьютера. Исходную биомассу предварительно измельчают и перемешивают, а также смешивают с переброженным шламом для дополнительного осеменения и предварительно нагревают, после чего ее помещают в анаэробный биореактор и интенсивно перемешивают в течение всего процесса с периодичностью несколько раз в час. Анаэробный биореактор герметизируют и создают в нем постоянный вакуум от 0,05 до 0,90 атм при температуре от 40°C до 56°C, выдерживая эти параметры в течение всего процесса.

Известен способ и установка для обработки жидких органических отходов, а именно экскрементов домашнего скота [Патент US №6368849, МПК C02F 3/28]. Способ заключается в отфильтровании волокон и частиц от жидкости, которую затем подвергают анаэробному брожению в реакторе для получения биогаза, отделении практически стерильного и не содержащего твердых частиц пермеата, например, с помощью ультрафильтрации и удаления из него практически полностью аммиака и углекислого газа при повышенной температуре и предпочтительно пониженном давлении. В результате получают аммиачную фракцию и фракцию, содержащую питательные соли. Последнюю разделяют на концетрированное удобрение и воду. Конечные продукты, получаемые указанным способом, представляют собой чистую воду, аммиачный концентрат, удобрение, содержащее соли фосфора и калия, компост и высококачественный биогаз с высоким содержанием метана.

Известен способ получения органических удобрений [Патент RU №2229459, МПК C05F 3/00]. В способе получения органических удобрений из навозных стоков путем их анаэробной обработки в качестве исходного сырья используют низкоконцентрированные стоки, которые предварительно смешивают с твердым подстилочным навозом или пометом до влажности 90-96%. Смесь твердого подстилочного навоза и низкоконцентрированных стоков подвергают анаэробной обработке в обычных биогазовых реакторах при температурах мезофильного (35°С) или термофильного (55°C) режимов. В результате анаэробной обработки смеси твердого навоза и навозных стоков получают жидкие органические удобрения.

Недостатками этих известных способов являются ограниченная производительность, необходимость использования для их осуществления сложного в изготовлении и эксплуатации оборудования, высокие эксплуатационные затраты, значительное энергопотребление.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ переработки отходов животноводства в удобрение и установка для его осуществления [Патент RU №2048722, МПК A01C 3/02]. Способ переработки отходов животноводства в удобрения включает накопление, разбавление и усреднение отходов, их подогрев, сбраживание и разделение на твердую и жидкую фракции, обеззараживание жидкой фракции и обезвоживание твердой фракции, сбор и накопление биогаза. Сбраживание отходов ведут в реакторе в течение 2-3 суток при 42-43°C, твердую фракцию перед обезвоживанием обеззараживают, а жидкую фракцию после разделения отходов нагревают и обеззараживают в метантенке в течение 5-7 суток при 56-57°C.

Однако этот известный процесс проводится на сложном оборудовании при повышенных температурах, что приводит к значительному энергопотреблению.

Задачей данного изобретения является создание способа хранения и подготовки к утилизации животноводческих стоков простого в исполнении, эксплуатации и обслуживании, обеспечивающего экологическую, санитарно-гигиеническую и ветеринарно-санитарную безопасность животноводческих предприятий, универсального для различных технологий навозоудоления, позволяющего перерабатывать большие объемы животноводческих стоков, а также получать биогаз и высококачественное органическое удобрение.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый способ хранения и подготовки к утилизации животноводческих стоков включает накопление, разделение на твердую и жидкую фракции, обеззараживание, сбраживание жидкой фракции, получение биогаза, причем отделенную твердую фракцию собирают в накопителе, далее подают на установку компостирования и проводят биотермическое обеззараживание, полученное твердое органическое удобрение направляют на реализацию, а жидкую фракцию подают в поочередно заполняемые карантинные емкости, в которых выдерживают не менее 6 суток для выявления эпизоотии, далее не содержащую болезнетворных микроорганизмов жидкую фракцию направляют через отделитель грубых включений в геомембранное сооружение, где осуществляют психрофильное сбраживание в течение 30-120 суток, причем процесс заполнения геомембранного сооружения и отбор происходит в полупериодическом режиме, а количество отобранной из геомембранного сооружения сброженной жидкой фракции равно количеству вновь поступающей в геомембранное сооружение жидкой фракции, сброженную жидкую фракцию направляют в открытое хранилище, осадок, оседающий при сбраживании, отбирают путем осуществления его возвратно-поступательного движения и направляют на компостирование, а биогаз, накопленный при сбраживании, отводят на утилизацию.

При выявлении эпизоотии обеззараживание проводят в карантинных емкостях путем внесения в них обеззараживающих средств или подают в емкость обеззараживания, где проводят термическое обеззараживание при температуре не менее 50°C.

Для интенсификации процесса психрофильного сбраживания жидкую фракцию в геомембранном сооружении подогревают.

При повышении давления в геомембранном сооружении выше допустимого обспечивается автоматический сброс избыточного давления газа.

Сброженную жидкую фракцию в открытом хранилище подвергают поверхностной аэрации.

В основе предлагаемого способа лежит технология низкотемпературного процесса ппсихрофильного сбраживания животноводческих стоков с использованием закрытого геомембранного сооружения, оборудованного инженерными системами сбора и транспортировки газа, удаления осадка и другими устройствами, позволяющими эксплуатировать их без необходимости вскрытия многие годы. В процессе сбраживания происходит уничтожение возбудителей болезней и семян сорняков. Сброженые стоки богаты питательными веществами в легкоусвояемой форме, имеют незначительный запах и практически дегельмитизированы, что решает проблемы экологического и агрохимического характера.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - Общая схема способа хранения и подготовки к утилизации животноводческих стоков.

Фиг.2 - Схематичное изображение геомембранного сооружения в разрезе.

Устройство для осуществления способа (Фиг.1) содержит насосную станцию 1, сепаратор 2, накопитель 3, установку для компостирования 4, распредилительное устройство 5, карантинные емкости 6, емкость обеззараживания 7, геомембранное сооружение 8 (Фиг.2), снабженное системой гидроизоляции 9, эластичным покрытием 10 с предохранительными клапанами 11. Геомембранное сооружение 8 выполнено с отделителем грубых включений 12, установленным на входе жидкой фракции, и газоотборным устройством для сбора и отвода биогаза 13, трубами для удаления твердого осадка 14 и нагревательным устройством 15. Устройство содержит открытое хранилище 16 с поверхностными аэраторами 17.

Способ подготовки к утилизации и хранению животноводческих стоков осуществляется следующим образом.

Животноводческие стоки с фермы через насосную станцию 1 подают на сепаратор 2, где происходит разделение животноводческих стоков на твердую и жидкую фракции. Твердую фракцию собирают в накопителе 3 и далее подают на установку для компостирования 4, где проводят биотермическое обеззараживание. Полученное органическое удобрение направляют на реализацию. Жидкую фракцию через распределительное устройство 5 подают в поочередно заполняемые карантинные емкости 6 для выявления эпизоотии, где выдерживают не менее 6 суток после ее заполнения. Не содержащую болезнетворных микроорганизмов жидкую фракцию направляют через отделитель грубых включений 12 в геомембранное сооружение 8, где осуществляют психрофильное сбраживание в течение 30-120 суток. Психрофильный процесс идет при температуре 8-20°C. Время проведения психрофильного сбраживания зависит от температуры проведения сбраживания и концентрации органических веществ в животноводческих стоках. Жидкую фракцию выдерживают в течение 30 суток при температуре массы порядка 20°C, например, в летний период. Жидкую фракцию выдерживают 120 суток при температуре массы, близкой к нижнему пределу процесса психрофильного сбраживания (8°C). Геомембранное сооружение 8 имеет систему гидроизоляции 9 для исключения попадания стоков в грунтовые воды и снабжено по периметру газоотборным устройством 13 для сбора и отвода биогаза. Отобранный биогаз используют с целью получения тепловой и/или электрической энергии. Осадок, выпадающий при сбраживании и расслоении жидкой фракции, удаляют через трубы 14 путем осуществления его возвратно-поступательного движения и направляют на компостирование. Геомембранное сооружение 8 сверху герметично закрыто устойчивым к погодным условиям эластистичным покрытием 10, которое снабжено предохранительными клапанами 11. Предохранительные клапаны 11 служат для автоматического сброса избыточного давления биогаза при повышении давления в геомембранном сооружении выше допустимого. Биогаз отбирают газоотборным устройством для сбора и отвода биогаза 13 и направляют на утилизацию, в том числе в емкость обеззараживания 7 для проведения термической обработки. Геомембранное сооружение 8 снабжено нагревательным устройством 15 для подогрева жидкой фракции и интенсификации процесса сбраживания. Процесс заполнения геомембранного сооружения и отбор происходит в полупериодическом режиме, а количество отобранной из геомембранного сооружения сброженной жидкой фракции равно количеству вновь поступающей в геомембранное сооружение жидкой фракции. Сброженную жидкую фракцию направляют в открытое хранилище и подвергают дополнительной обработке поверхностными аэраторами 17, обеспечивая прекращение процесса метангенерации за пределами геомембранного сооружения 8. В случае обнаружения на ферме эпизоотии осуществляют обеззараживание жидкой фракции либо внесением в карантинные емкости 6 обеззараживающих средств, либо жидкую фракцию из карантинных емкостей 6 подают в емкость обеззараживания 7, где проводят термическое обеззараживание при температуре не менее 50°C. Нагрев емкости обеззараживания 7 может осуществляться, например, с помощью погружной горелки, работающей на биогазе. В качестве обеззараживающих средств используют, например, формальдегид из расчета 13 кг на 1 м³, негашеную известь из расчета 1% на объем, безводный аммиак из расчета 3% на объем. Подготовленные таким способом к утилизации и хранению животноводческие стоки являются экологически чистыми органическими удобрениями, готовыми к использованию.

Использование предлагаемого способа позволяет утилизировать практически любые объемы стоков, проводить полное обеззараживание животноводческих стоков, дезинфекцию, в случае возникновения на животноводческом комплексе эпизоотии, и обеспечивает защиту окружающей среды от выбросов в атмосферу вредных веществ, снижает неприятные запахи от открытых хранилищ, обеспечивает сохранность в навозе ценных для растений питательных веществ и возможность получения биогаза для последующего энергетического использования. Способ осуществляется на оборудовании, простом в монтаже и эксплуатации, с низкими эксплутационными затратами, а также может быть осуществлен на базе существующих традиционных открытых хранилищ, что позволяет еще больше снизить капитальные, эксплуатационные затраты.

Способ включает накопление животноводческих стоков и разделение их на твердую и жидкую фракции. Отделенную твердую фракцию собирают в накопителе, подают на установку компостирования, где проводят биотермическое обеззараживание. Полученное твердое органическое удобрение направляют на реализацию. Жидкую фракцию подают в поочередно заполняемые карантинные емкости, в которых ее выдерживают не менее 6 суток для выявления эпизоотии. Не содержащую болезнетворных микроорганизмов жидкую фракцию направляют через отделитель грубых включений в геомембранное сооружение, где осуществляют психрофильное сбраживание в течение 30-120 суток. Процесс заполнения геомембранного сооружения и отбор сброженной жидкой фракции происходит в полупериодическом режиме. Количество отобранной из геомембранного сооружения сброженной жидкой фракции равно количеству вновь поступающей в геомембранное сооружение жидкой фракции. Сброженную жидкую фракцию направляют в открытое хранилище. Осадок, оседающий при сбраживании, отбирают путем осуществления его возвратно-поступательного движения и направляют на компостирование. Биогаз, накопленный при сбраживании, отводят на утилизацию. Способ обеспечивает экологическую, санитарно-гигиеническую и ветеринарно-санитарную безопасность животноводческих предприятий, универсален для различных технологий навозоудоления, позволяет перерабатывать большие объемы животноводческих стоков, а также получать биогаз и высококачественное органическое удобрение. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ хранения и подготовки к утилизации животноводческих стоков, включающий накопление, разделение на твердую и жидкую фракции, обеззараживание, сбраживание жидкой фракции, получение биогаза, отличающийся тем, что отделенную твердую фракцию собирают в накопителе, далее подают на установку компостирования и проводят биотермическое обеззараживание, полученное твердое органическое удобрение направляют на реализацию, а жидкую фракцию подают в поочередно заполняемые карантинные емкости, в которых выдерживают не менее 6 суток для выявления эпизоотии, далее не содержащую болезнетворные микроорганизмы жидкую фракцию направляют через отделитель грубых включений в геомембранное сооружение, где осуществляют психрофильное сбраживание в течение 30-120 суток, причем процесс заполнения геомембранного сооружения и отбор происходит в полупериодическом режиме, а количество отобранной из геомембранного сооружения сброженной жидкой фракции равно количеству вновь поступающей в геомембранное сооружение жидкой фракции, сброженную жидкую фракцию направляют в открытое хранилище, осадок, оседающий при сбраживании, отбирают путем осуществления его возвратно-поступательного движения и направляют на компостирование, а биогаз, накопленный при сбраживании, отводят на утилизацию.

2. Способ подготовки к утилизации и хранению животноводческих стоков по п.1, отличающийся тем, что при выявлении эпизоотии обеззараживание проводят в карантинных емкостях путем внесения в них обеззараживающих средств.

3. Способ подготовки к утилизации и хранению животноводческих стоков по п.1, отличающийся тем, что при выявлении эпизоотии жидкую фракцию из карантинных емкостей подают в емкость обеззараживания, где проводят термическое обеззараживание при температуре не менее 50°С.

4. Способ подготовки к утилизации и хранению животноводческих стоков по п.1, отличающийся тем, что для интенсификации процесса психрофильного сбраживания жидкую фракцию в геомембранном сооружении подогревают.

5. Способ подготовки к утилизации и хранению животноводческих стоков по п.1, отличающийся тем, что при повышении давления в геомембранном сооружении выше допустимого обеспечивается автоматический сброс избыточного давления газа.

6. Способ подготовки к утилизации и хранению животноводческих стоков по п.1, отличающийся тем, что сброженную жидкую фракцию в открытом хранилище подвергают поверхностной аэрации.