СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЖИДКОЙ ФРАКЦИИ НАВОЗНЫХ СТОКОВ СВИНОВОДЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВ Российский патент 2017 года по МПК C05F3/00 C05G3/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам переработки навоза и других видов органических отходов, и может быть использовано для утилизации жидкой фракции свиного навоза с получением сточной воды, отвечающей требованиям санитарных правил и норм (СанПиН) и гигиенических норм (ГН 2.2.5.1315-03) по содержанию вредных примесей и другим санитарно-эпидемиологическим показателям.

Известен СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА И СВИНОГО НАВОЗА В ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ (Патент на изобретение №2409537 ОТ 07.07.2009, ОПУБЛ. 20.01.2011). В известном способе используют раствор биопрепарата «Байкал-ЭМ1» в нехлорированной воде. Микробиологический препарат «Байкал-ЭМ1» представляет собой микробиологическое удобрение, состоящее из комплекса специально отобранных микроорганизмов. В биопрепарат входят молочнокислые, фотосинтезирующие азотофиксирующие бактерии, дрожжевые грибки, ферменты и т.д., которые быстро и эффективно перерабатывают органику, при этом выделяют ряд аминокислот и прочих физиологически активных веществ.

Недостатком этого способа является необходимость использования дорогостоящего, сложного оборудования и постоянной замены и обновления биологического субстрата, а также избирательность действия микроорганизмов по отношению к тем или иным веществам. Последние приводят к 100% очищению одних веществ-загрязнителей и оставляет практически необработанными другие вещества.

Известна также технология переработки свиного навоза в аккумулятивных системах биогазовой установки, где предусматривается сбраживание в реакторах, которые служат одновременно и местом хранения сброженного навоза (субстрата) до его выгрузки. Исходный субстрат постоянно подается в резервуар до его заполнения. Выгрузка сброженного субстрата производится один-два раза в год в период внесения удобрений в почву. При этом часть сброженного осадка специально оставляется в реакторе и служит затравочным материалом для последующего цикла сбраживания. Объем хранилища, совмещенного с биореактором, рассчитывается на полный объем удаляемого с комплекса навоза в межпосевной период. Данная технология используется на многих свинокомплексах России.

Недостатком данного аналога является то, что такие системы требуют больших объемов хранилищ, характеризуются длительным временем переработки (до 6 месяцев), довольно большой трудоемкостью, и требуют наличия не менее двух реакторов, резервуара для накопления исходного навоза и хранения сброженного субстрата.

В настоящее время наиболее распространенный способ утилизации отходов животноводческих предприятий для хранения бесподстилочного навоза основан на технологии разделения навоза на фракции, что приводит к образованию двух продуктов переработки навоза с различными физико-механическими свойствами, которые отличатся по условиям хранения и дальнейшего использования.

На подготовительном этапе стоки со всего животноводческого предприятия (с помощью насосов или самотеком) подаются в приемный резервуар (регулирующую емкость) сепараторного пункта. Жидкий навоз для исключения осаждения взвешенных веществ в регулирующей емкости перемешивается с помощью миксера-гомогенизатора. С помощью погружного насоса гомогенизированная жидкость перекачивается в сепаратор. Наиболее оптимальным для этих целей является шнековый сепаратор, позволяющий работать с навозом (пометом) широкого спектра влажности (от 80% до 99%).

Непосредственно в процессе разделения навоза на сепараторе жидкая часть отделяется от взвешенных составляющих. Сито, пропуская жидкость, задерживает содержащиеся в навозной взвеси волокна, и на его поверхности создается подобие фильтра, способствующего фильтрации более мелких частиц, после чего лопастями шнека этот слой удаляется и прессуется.

В дальнейшем жидкая фракция из сепараторного пункта, как правило, самотеком по трубопроводу направляется в лагуны. Твердая фракция навоза отвозится на площадку буртования. После соответствующей подготовки твердая фракции навоза используются для удобрения сельскохозяйственных земель. Жидкая фракция навоза транспортируется и вносится на поля в основном с помощью гидромеханического оборудования - многошланговых систем (например, с помощью многошланговой системы Cadman).

Недостатками предлагаемой технологии являются: длительный срок (до 12 месяцев) хранения жидкой фракции в специальных лагунах с дальнейшим ее розливом на полях орошения; трудоемкость работы по сооружению лагун, связанных с выполнением земляных работ, созданием надежной гидроизоляции с применением полимерных покрытий, обработкой гербицидами с целью исключения прорастания растений на поверхности ложа сооружения; необходимость периодического перемешивания жидкости, так как лагуны не могут очищаться от осадка механическим способом как навозохранилища с бетонным покрытием; содержание токсических соединений в виде аммиака, сероводорода, меркаптана и др., которые при достаточно низких температурах способны испаряться с выделением неприятных запахов, приводит к загрязнению окружающей среды (Согласно данным экологической комиссии Европейского Совета, свыше 80% аммиака, загрязняющего атмосферный воздух, поступает именно из жидких органических удобрений); развитие микробиологических процессов, связанных с размножением колиформных бактерий, возбудителей кишечных инфекций, колифагов и др.; превышение нормы жидкого навоза не дает больших прибавок урожая и оказывает отрицательное действие на качество растениеводческой продукции, а именно, увеличивается содержание нитратов в кормовых и овощных культурах выше допустимых количеств, что требует большого количества земельных площадей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА (патент на изобретение №2564313 от 04.05.2010, опубл. 27.09.2015). Способ переработки жидких отходов включает разделение их в устройстве обезвоживания осадка на твердый осадок и первый фильтрат; добавление к первому фильтрату и второму флокулянтов, вызывающих агрегацию взвешенных твердых частиц в первом фильтрате с образованием флокулированного осадка и второго фильтрата, причем указанный первый флокулянт содержит около 5-50 вес.% гидроксида натрия и около 30-60 вес.% алюминиевокислого натрия, а указанный второй флокулянт содержит неионные или анионные акриловые полимеры; отделение флоккулированного осадка от второго фильтрата в отделители взвешенных частиц для получения третьего фильтрата; пропускание третьего фильтрата через устройство фильтрации мелких частиц для получения четвертого фильтрата; пропускание четвертого фильтрата через установку мембранной фильтрации для получения пермеата и концентрата. Данный способ выбран за прототип, недостатком которого является сравнительно невысокая степень утилизации по содержанию аммиака (по азоту), по запаху, по содержанию нитратов и хлоридов, высокая щелочность среды, введение дополнительных загрязняющих веществ органической (акриловые полимеры) и неорганической природы (соли алюминия, гидроксид натрия), наличие микроорганизмов, а также сложная технология многоступенчатой фильтрации.

Техническое решение направлено на устранение указанных выше недостатков и достигается за счет введения водного раствора гипохлорита натрия оптимальной концентрации и добавления угольной кислоты до достижения нейтральной кислотности среды. Кроме того, с целью повышения степени окисления основных органических загрязнителей, дополнительно вводят водный раствор перманганата калия в концентрации 2 мг/л.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в решении проблемы утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств, а именно доведении навозных стоков до санитарных норм. Положительный эффект заключается в соответствии обработанных указанным способом отходов действующим санитарным нормам и правилам как по содержанию ингредиентов, вредных органических примесей и бактерий, так и по отсутствию неприятных, специфических запахов и др.

Техническим результатом изобретения является создание способа переработки жидкой фракции навозных стоков свинокомплекса и доведении этих стоков до санитарных норм.

При переработке жидкой фракции свиного навоза после операции сепарирования навоза проводят смешивание жидкой фракции отхода производства с водным раствором гипохлорита натрия. Так как содержание вредных органических веществ зависит от удельной массы концентрированных кормов в рационе и условий содержания животных, то концентрацию гипохлорита натрия определяют экспериментально. Для этого предварительно определяют суммарную концентрацию мочевины, мочевой и гиппуровой кислот в жидкой фракции свиного навоза. Для этого раствор гипохлорита натрия порциями добавляют к алликвоте жидкой фракции свиного навоза, перемешивают и после протекания химических реакций окисления органических веществ в течение 2-3 часов визуально определяют цвет раствора. Доза добавляемого гипохлорита считается оптимальной, если цвет раствора становится прозрачным, а запах имеет значение не более 2-х баллов.

В табл. 1 приведен состав свежего свиного навоза (по данным НИУИФ, ВИУА и других учреждений).

Из анализа таблицы 1 следует, что основными органическими компонентами, ответственных за наличие запахов, являются мочевина, мочевая и гиппуровая кислоты.

При добавлении гипохлорита натрия протекают следующие химические процессы:

Кроме того, под влиянием уробактерий мочевина подвергается гидролитическому расщеплению:

Раствор гипохлорита натрия имеет щелочную реакцию. При наличии щелочной среды мочевая кислота разлагается с образованием аммиака (NH₃), углекислого газа (CO₂) и глицина (C₂H₅NO₂)

Несколько медленнее разлагается гиппуровая кислота, которая дает вначале бензойную и аминоуксусную кислоты (гликоколь):

Если присутствуют фенольные соединения, то при обработке гипохлоритом воды, содержащей фенолы, происходит образование фенолоксифенолов. При этом степень очистки от фенолов достигает 99,99%.

Кроме того, введение гипохлорита способствует выделению в осадок части неорганических загрязнителей. В частности, двухвалентное железо легко окисляется до трехвалентного, которое в щелочной среде образует труднорастворимый гидроксид железа (ПР=10^-31). При этом гидроксид железа(III) выполняет роль адсорбента загрязняющих веществ, выполняя функцию флокулянтов. Ионы S^2-, входящие в состав сероводородных соединений, меркаптанов, также создающие резкие запахи, окисляются до сульфат-ионов (SO₄^2-). Образование же карбонат (CO₃^2-) ионов (реакция 2) приводит к образованию труднорастворимых осадков карбонатов кальция и магния.

В таблице 2 представлены результаты анализа очистки жидкой фракции свиного навоза.

Из результатов анализа следует, что после обработки жидкой фракции гипохлоритом натрия требованиям СанПиН по сточной воде не удовлетворяют значения по концентрациям хлорид-, сульфатионов и кислотности среды; рН среды легко регулируется добавлением небольших эквивалентных количеств угольной кислоты, а концентрации остальных компонентов при смешивании с речной водой приходят в норму по значениям ПДК при соотношении (сток:вода)=1:10, вследствие чего обработанную данным способом жидкую фракцию навоза можно сбрасывать в природные водоемы.

Ниже приведены примеры реализации предложенного способа утилизации жидких отходов свиноводческих хозяйств.

Пример 1

Способ утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств включает в себя сепарацию навоза, введение химического реагента в жидкую фракцию навоза, перемешивание смеси. Кроме того, с целью удаления запахов и снижения концентрации загрязняющих веществ органической и неорганической природы в жидкую фракцию вводят водный раствор гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 185 г/л. При этом объем раствора гипохлорита натрия по содержанию активного хлора должен быть эквивалентен сумме концентраций органических компонентов, а именно мочевины, мочевой, и гиппуровой, и других кислот. При этом предварительно концентрацию органических загрязнителей определяют экспериментально аналитическими методами. Затем добавляют угольную кислоту до достижения нейтральной кислотности среды. Добавление угольной кислоты дополнительно приводит к устранению солей жесткости. Смешивают очищенную сточную воду с речной водой в соотношении 1:10 и осуществляют сброс ее в речной водоем.

Пример 2

Способ утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств отличается от первого примера тем, что после обработки жидкой фракции раствором гипохлорита натрия дополнительно вводят водный раствор перманганата калия в концентрации 2 мг/л. Перманганат калия вводится с целью повышения степени окисления основных органических загрязнителей (мочевина, мочевая и гиппуровая кислоты) и других органических соединений (кетонные тела, креатинин, аминокислоты). При смешивании стока с речной водой (1:10) концентрация ионов марганца не будет превышать норм ПДК.

Как видно из приведенных таблиц, предлагаемое изобретение позволяет значительно улучшить санитарно-эпидемиологические показатели обработанных жидкой фракции отходов, отраженных в примерах реализации 1, 2, 3.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств включает сепарацию навоза, введение химического реагента в жидкую фракцию навоза, перемешивание смеси, причем с целью утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств, снижения концентрации загрязняющих веществ органической и неорганической природы вводят водный раствор гипохлорита натрия в концентрации по активному хлору, равной 185 г/л, эквивалентной сумме концентрации органических компонентов, после чего добавляют угольную кислоту до достижения нейтральной кислотности среды, а затем смешивают очищенную сточную воду с речной водой в соотношении 1:10 и осуществляют сброс ее в речной водоем. Изобретение позволяет переработать жидкую фракцию навозных стоков свинокомплекса и довести эти стоки до санитарных норм. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств, включающий сепарацию навоза, введение химического реагента в жидкую фракцию навоза, перемешивание смеси, отличающийся тем, что с целью утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств, снижения концентрации загрязняющих веществ органической и неорганической природы вводят водный раствор гипохлорита натрия в концентрации по активному хлору, равной 185 г/л, эквивалентной сумме концентрации органических компонентов, после чего добавляют угольную кислоту до достижения нейтральной кислотности среды, а затем смешивают очищенную сточную воду с речной водой в соотношении 1:10 и осуществляют сброс ее в речной водоем.

2. Способ утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств по п. 1, отличающийся тем, что в жидкую фракцию после ее обработки раствором гипохлорита натрия и обработки угольной кислотой с целью повышения степени окисления основных органических загрязнителей дополнительно вводят водный раствор перманганата калия в концентрации 2 мг/л.