Способ очистки навозных стоков Российский патент 2019 года по МПК C02F9/08 C02F1/24 C02F1/38 C02F1/78 C02F101/30 C02F103/20 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к технологии очистки животноводческих стоков.

Известен способ переработки навозных стоков животноводческих ферм и комплексов (заявка на изобретение №94031559, дата публикации: 10.07.1996), который включает разделение исходных стоков на твердую и жидкую фракции, сбраживание жидких стоков, поступивших на очистную станцию от животноводческих ферм и комплексов района, после чего нагретую сброженную жидкую фракцию несколько раз пропускают через биофильтр-аэротенк до достижения БПК 5-10 мг/л, отстаивают и сбрасывают в водоем, а осадок частично используют для насыщения аэробной микрофлорой жидкой фракции после метанового сбраживания и затем весь осадок подсушивают и используют как удобрение.

Недостатком указанного способа является его сложность и длительность, поскольку проводится в несколько этапов: разделение исходных стоков на твердую и жидкую фракции, сбраживание жидких стоков, нагрев их и пропускание через биофильтр-аэротенк, отстаивание. В связи с этим данный способ весьма трудоемкий и энергетически затратный.

В качестве прототипа авторами выбран способ очистки сточных вод озонированием (заявка на изобретение №94024315/26, дата публикации 27.04.1996), который включает обработку сточных вод в специальном резервуаре. Очистка осуществляется путем подачи озонокислородосодержащих газов через дисператор барботажного типа.

Недостатком указанного способа является низкий КПД в связи с тем, что озон поступает в жидкость путем массопередачи через границу раздела фаз газ-жидкость. При барботировании площадь границы раздела фаз недостаточная, что приводит к длительной трудоемкой обработке сточных вод.

Техническим результатом является повышение качества обработки навозных стоков животноводческих комплексов за счет увеличения площади раздела сред озон - жидкость.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки навозных стоков, включающем обработку жидкости озоном, согласно изобретению навозные стоки, предварительно очищенные флотацией и центрифугированием, подвергают тонкодисперсному распылению с диаметром капель от 1,0 до 10,0 мкм в озоно-воздушной смеси при концентрации озона 450 - 500 мг/м³.

Новизна технического решения заключается в том, что за счет тонкодисперсного распыления навозных стоков в озоновой среде значительно увеличивается градиент концентрации озона и передача массы озона через границу раздела фаз, что дает возможность значительно повысить скорость потребления озона при химических реакциях в навозных стоках.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 - изображена установка для очистки навозных стоков.

Предлагаемый способ осуществляют с помощью установки, состоящей из насоса 1 соединенного с распыляющими навозные стоки, форсунками 2, установленные в камере обработки 3, в которой создается высокая концентрация озона, вентилятора 4 подающего озон в камеру обработки 3 и соединенного с генератором озона 5 и камеры 6 для обработанной жидкости сообщенной с камерой обработки 3.

Пример конкретного осуществления способа очистки навозных стоков.

Навозные стоки фермы проходят предварительную очистку центрифугированием и флотацией. Твердая фракция удаляется, а жидкая подается насосом 1 на форсунки 2, с помощью которых осуществляется тонкодисперсное распыление внутри камеры обработки 3, предварительно в которой создается озоно-воздушная смесь с концентрацией озона 450 - 500 мг/м³. Если концентрация озона меньше 450 мг/м³, то этого будет недостаточно для выполнения технологического процесса, а использование концентрации выше 500 мг/м³ нецелесообразно.

Для создания озоновой среды внутри камеры обработки, используется генератор озона 5 барьерного типа. Озон поступает в камеру обработки 3 при помощи насоса 4. Далее обработанная жидкость стекает в камеру 6 для очищенных стоков.

Эффективность способа достигается за счет увеличения площади границы раздела фаз озон/жидкость. А, в свою очередь, абсорбция озона в жидкую среду может регулироваться за счет изменения площади поверхности раздела фаз на единицу объема жидкости. Если обозначим a₁ - площадь поверхности раздела фаз на единицу объема жидкости при барботировании и а₂ - площадь поверхности раздела фаз на единицу объема жидкости при распылении, то значение градиента концентрации озона при адсорбции в жидкость изменится пропорционально соотношению а₂/a₁, т.е. может быть введен коэффициент G определяющий данное соотношение:

G=а₂/а₁

Для численного определения коэффициента G проводят расчет площадей поверхности раздела фаз на единицу объема жидкости при барботировании и при распылении.

При барботационной подаче озоновоздушной смеси в жидкость размеры диаметра пузырьков газа колеблются от 1,0 до 3,0 мм, условно примем средний диаметр 2,0 мм, при распылении жидкости в камере обработки тонкодисперсными механическими форсунками диаметр капли имеет размеры от 1,0 до 10,0 мкм, условно примем средний диаметр 5,0 мкм. Средняя плотность сточных вод животноводческих ферм 1,014 - 1,016 г/см³, что незначительно отличается от плотности воды. Тогда, в 1 литре (1 кг) сточных вод теоретически может содержаться n₁ пузырьков газа:

ν - объем пузырька с диаметром 2 мм.

V - 1 литр навозных стоков.

Поверхность раздела фаз одного пузырька:

.

Тогда поверхность раздела фаз для одного литра навозных стоков животноводческих ферм, при барбатировании озоновоздушной смесью, составит:

.

При распылении жидкости в камере обработки 3, объем сферы равной капле жидкости:

.

При распылении одного литра жидкости мы получим следующее количество капель n₂:

Площадь поверхности одной капли:

.

Тогда поверхность раздела фаз для одного литра навозных стоков животноводческих ферм, при распылении составит:

Тогда:

.

Таким образом, тонкодисперсное распыление навозных стоков в камере с озоном, позволяет увеличить границу раздела фаз озон/жидкость в 20 раз, по сравнению с использованием барботирования озона в жидкость, а так же увеличить в 20 раз значение градиента концентрации озона при адсорбции в жидкость, что позволяет повысить эффективность обработки жидкости, не увеличивая энергозатраты.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве для очистки животноводческих стоков. Способ включает предварительную очистку стоков флотацией и центрифугированием, затем очищенные стоки подвергают тонкодисперсному распылению с диаметром капель от 1,0 до 10,0 мкм в озоно-воздушной смесью при концентрации озона 450-500 мг/м³. Способ обеспечивает повышение качества обработки навозных стоков животноводческих комплексов и сокращение энергозатрат. 1 пр.

Способ очистки навозных стоков, включающий обработку жидкости озоном, отличающийся тем, что навозные стоки, предварительно очищенные флотацией и центрифугированием, подвергают тонкодисперсному распылению с диаметром капель от 1,0 до 10,0 мкм в озоно-воздушной смеси при концентрации озона К=450 -500 мг/м³.