Способ переработки навозных стоков и установка для его реализации

Способ переработки навозных стоков и установка для его реализации

Реферат

 

Изобретение относится к области переработки жидкого сырья с использованием тепловых процессов, а именно к области утилизации отходов жизнедеятельности животных и птиц, и может быть использовано в животноводческих фермах и птицеводческих хозяйствах, использующих, предпочтительно, бесподстилочное содержание и гидросмыв отходов жизнедеятельности животных и птиц. Способ заключается в аэробной жидкофазной ферментационной обработке смеси навоза и воды с использованием аэробных микроорганизмов в количестве от 0,2 до 2,0 г абсолютно сухого вещества в литрах ферментационной среды при температуре от 25 до 50^oС и уровне аэрации от 0,2 до 2,0 объема подаваемого воздуха к объему ферментационной среды в минуту в течение от 60 до 120 ч в условиях перемешивания ферментационной среды, обеспечивающего скорость массопередачи кислорода воздуха в указанную среду в диапазоне от 0,2 до 2,0 кг/м³ч. Изобретение позволяет обеспечить возможность утилизации жидкого навоза, в том числе, и гидросмыва навоза, с получением удобрения с высокой биологической активностью. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области переработки жидкого сырья с использованием тепловых процессов, а именно к области утилизации отходов жизнедеятельности животных и птиц, и может быть использовано в животноводческих фермах и птицеводческих хозяйствах, использующих, предпочтительно, бесподстилочное содержание и гидросмыв отходов жизнедеятельности животных и птиц.

Известен способ переработки свиного бесподстилочного навоза на удобрение (SU, авторское свидетельство 950217, 1982). Согласно известному способу свиной бесподстилочный навоз, в том числе и получаемый гидросмывом, из животноводческого помещения поступает в навозоприемник, снабженный устройством для перемешивания, предназначенным для предотвращения разделения поступившего навоза на фракции. Из указанного навозоприемника навоз посредством насоса перекачивают в смеситель. В процессе перекачивания происходит дополнительное измельчение остатков корма, присутствующего в навозе. Одновременно в смеситель поступает измельченный торф, очищенный от инородных примесей. Загруженные в смеситель торф и навоз подвергают гомогенизации и смешению. Затем полученную смесь перекачивают в накопительную емкость. После заполнения указанной емкости смесь перекачивают по замкнутому контуру, включающему электрогидравлическую дробилку. При достижении заданной однородности смеси она поступает в хранилище готового продукта.

Недостатком известного способа следует признать его низкую питательную ценность, обусловленную отсутствием стадии ферментации навоза, т.е. глубинной переработки навоза.

Известен способ получения биологически активного удобрения (SU, авторское свидетельство 1757209, 1989). Согласно известному способу осуществляют аэробную жидкофазную ферментационную обработку навозосодержащих сточных вод рециркуляционным активным илом, разделение жидкой и твердой фаз с уплотнением и последующей сушкой твердой фазы, причем аэробную обработку проводят при нагрузке на активный ил от 70 до 225 мг ХПК/ч и скорости роста ила от 0,01 до 0,2 ч^-1 до снижения нагрузки по ХПК на 40-70%, а сушку избыточного ила ведут при 170-190^oС. При реализации способа используют линию, содержащую биореактор, сборник навозосодержащих сточных вод, сборник активного ила, средство разделения жидкой и твердой фаз, средство уплотнения и сушки твердой фазы и сборник готовой продукции.

Недостатком известного решения следует признать невысокую биологическую активность получаемого целевого продукта, обусловленную неоптимальностью условий ферментационной переработки.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в разработке средств переработки навоза на удобрение, обеспечивающих высокую биологическую активность полученного продукта.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого решения задачи, состоит в обеспечении возможности утилизации жидкого навоза, в том числе и гидросмыва навоза, с получением удобрения с высокой биологической активностью.

Указанный технический результат достигается при реализации способа переработки навозных стоков, включающего аэробную жидкофазную ферментационную обработку смеси навоза и воды, разделение жидкой и твердой фаз с последующей сушкой твердой фазы, причем указанную жидкофазную ферментацию проводят с использованием аэробных микроорганизмов в количестве от 0,2 до 2,0 г абсолютно сухого вещества в л (г а. с. в/л) ферментационной среды при температуре от 25 до 50^oС и уровне аэрации от 0,2 до 2,0 объема подаваемого воздуха к объему ферментационной среды в минуту в течение от 60 до 120 часов в условиях перемешивания ферментационной среды, обеспечивающего скорость массопередачи кислорода воздуха в указанную среду в диапазоне от 0,2 до 2,0 кг/м³ч. Обычно содержание твердой фазы в навозе составляет от 2,0 до 50,0 мас.%. В основном способ предназначен для переработки навоза сельскохозяйственных животных и помета птиц. Предпочтительно в качестве аэробных микроорганизмов используют дрожжевые непатогенные культуры, и/или бактериальные непатогенные культуры, и/или грибные непатогенные культуры, и/или их ассоциации. В частности, могут быть использованы дрожжевая культура Endomycopsis fibuligera ВКПМ Y - 2173, грибы Syncephalastrum racemosum ВПКМ В - 826, бактерии Erwina species ВПКМ В - 7005. Аэрацию могут проводить непрерывно или циклически, предпочтительно период цикличности аэрации составляет от 1 до 4 часов.

Указанный технический результат достигается использованием установки переработки навозных стоков, содержащей биореактор, сборник жидкого навоза и сборник готовой продукции. Кроме того, она дополнительно содержит засевной биореактор, емкость для раствора солей, первый побудитель расхода воздуха, биофильтр, на выходе которого установлен второй побудитель расхода воздуха, калорифер, узел обеззараживания целевого продукта, сборник целевого продукта, по меньшей мере, два насоса, и, по меньшей мере, шесть вентилей, причем, по меньшей мере, один насос установлен с возможностью перекачивания по трубопроводу навоза из сборника в биореактор через первый вход биореактора, первый побудитель расхода воздуха подключен посредством трубопровода ко второму входу биореактора, выход засевного биореактора подключен посредством трубопровода и вентиля к третьему входу биореактора, первый выход биореактора посредством трубопровода, по меньшей мере, одного вентиля и одного насоса подключен к входу калорифера, выход которого посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля подключен к четвертому входу биореактора, второй выход биореактора посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля подключен к входу узла обеззараживания целевого продукта, выход которого посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля соединен с входом сборника целевого продукта, при этом третий выход биореактора посредством трубопровода и вентиля соединен со сливной магистралью, а биофильтр подключен к магистрали отработанного воздуха биофильтра. Предпочтительно выход калорифера выполнен с возможностью подключения посредством трубопроводов и, по меньшей мере, одного вентиля к входу калорифера. Вход биофильтра может быть подключен непосредственно или посредством газопровода к выходу отработанного воздуха их биореактора. Выход указанного биофильтра может быть подключен к дополнительному побудителю расхода воздуха. Выход биофильтра может быть также соединен трубопроводом с побудителем расхода воздуха, подающим воздух в биореактор. Преимущественно сборник жидкого навоза дополнительно содержит второй погружной насос, установленный с возможностью прокачивания по замкнутому контуру содержимого сборника. Узел обеззараживания может быть выполнен с тепловой обработкой целевого продукта или с химической обработкой целевого продукта. В случае использования тепловой обработки указанный узел обеззараживания может быть выполнен с рекуперацией тепла. Предпочтительно в случае выполнения узла обеззараживания с тепловой обработкой он дополнительно содержит второй калорифер, вход которого посредством трубопровода подключен ко второму выходу биореактора, а выход - посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля - к первому входу, по меньшей мере, одного дополнительного сборника, выход которого подключен к сливной магистрали и, посредством трубопроводов, насоса и, по меньшей мере, одного вентиля к сборнику целевого продукта. В случае использования рекуперации тепла дополнительный выход сборника может быть посредством замкнутого трубопровода для теплоносителя, насоса и вентиля соединен с первым калорифером. В случае использования узла обеззараживания с химической обработкой целевого продукта он может содержать емкость для химического реагента и дополнительный сборник, причем выход емкости для химического реагента соединен трубопроводом и, по меньшей мере, одним вентилем с первым входом дополнительного сборника, а второй вход дополнительного сборника соединен со вторым выходом биореактора, при этом выход дополнительного сборника выполнен с возможностью подключения посредством вентиля к сливной магистрали, посредством, по меньшей мере, одного вентиля к сборнику целевого продукта и, посредством рецикла, с третьим входом дополнительного сборника.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой установки. На чертеже приняты следующие обозначения: биореактор 1, сборник 2 жидкого навоза, емкость 3 для солей, засевной биореактор 4, первый калорифер 5, узел 6 обеззараживания, сборник 7 целевого продукта.

В любом варианте реализации навозные стоки, предпочтительно с влажностью 90-98%, через штуцер подачи поступают в биореактор до уровня переливного штуцера (примерно 85% объема биореактора). После заполнения биореактора и внесения необходимого количества минерального питания включают циркуляционный насос и калорифер. Из циркуляционного штуцера биореактора навозные стоки отбирают циркуляционным насосом и через калорифер подают снова в биореактор через эжектор и устройство для смыва осадка. После установления в биореакторе заданной температуры (примерно 30^oС) в биореактор вносят засевную культуру микроорганизмов из засевного биореактора и включают подачу воздуха в биореактор. Навозные стоки с засевной культурой в биореакторе аэрируются воздухом и циркулируют через калорифер вследствие действия циркуляционного насоса. Воздух в биореактор подают, предпочтительно, вентилятором из производственного помещения с температурой 20-30^oС. Отработанный воздух выводят через штуцер, предпочтительно, расположенный в верхней части биореактора, посредством побудителя расхода воздуха в биофильтр. Предпочтительно указанный биофильтр обеспечивает утилизацию до 90% органических веществ, содержащихся в отработанном воздухе (меркаптаны, скатол, сероводород, аммиак). Предпочтительно через 72-84 часа из биореактора полностью или частично удаляют переработанные навозные стоки. Удаленные стоки при необходимости смешивают с наполнителем и/или дополнительными биологически активными веществами. На последнем этапе переработки целевой продукт обеззараживают.

При химическом обеззараживании целевого продукта целевой продукт поступает в сборник. После заполнения указанного сборника на 65-85% слив в него обработанных стоков прекращают на 3-4 часа и включают циркуляционный насос, расположенный в указанном сборнике. Химическую стерилизацию переработанных навозных стоков осуществляют химическим реагентом, поступающим в верхнюю часть указанного сборника из емкости для химического реактива самотеком или под действием насоса. После осуществлении обеззараживания в сборник могут быть дополнительно поданы компоненты (жидкие и/или твердые) удобрения. Полученное удобрение поступает на фасовку в тару или передается на дальнейшую обработку. После освобождения сборника его повторно заполняют переработанными навозными стоками.

При тепловой обработке переработанных навозных стоков они самотеком поступают во второй калорифер на стерилизацию. В указанном калорифере переработанные стоки нагревают примерно до 90^oС, нагретые стоки поступают для выдержки в сборник. Возможен вариант, когда нагретые стоки поступают поочередно в два параллельно подключенных сборника. После охлаждения навозных стоков в сборнике до температуры 25-30^oС в них, при необходимости, вносят дополнительно активные компоненты удобрения, после чего готовое удобрение поступает на фасовку или дополнительную переработку.

При тепловой обработке переработанных навозных стоков с рекуперацией тепла переработанные навозные стоки поступают самотеком во второй калорифер, в котором навозные стоки нагревают до температуры примерно 90^oС, а затем в сборник, содержащий рубашку охлаждения. В указанном сборнике навозные стоки при перемешивании циркуляционным насосом охлаждаются циркулирующим в рубашке сборника теплоносителем до 20-30^oС и самотеком поступают в дополнительный сборник. При заполнении дополнительного сборника охлажденными обеззараженными стоками в него подают дополнительные компоненты удобрения, перемешивают стоки с указанными компонентами насосом и передают на фасовку или дополнительную переработку. Нагретый в рубашке сборника теплоноситель по выносному контуру передают посредством насоса в первый калорифер, нагревая поступающие в него исходные навозные стоки.

Использование изобретения позволяет проводить утилизацию жидкого навоза, в том числе и гидросмыва навоза, с получением удобрения с высокой биологической активностью.

Формула изобретения

1. Способ переработки навозных стоков, включающий аэробную жидкофазную ферментационную обработку смеси навоза и воды, разделение жидкой и твердой фаз с последующей сушкой твердой фазы, отличающийся тем, что жидкофазную ферментацию проводят с использованием аэробных микроорганизмов в количестве от 0,2 до 2,0 г абсолютно сухого вещества в литрах ферментационной среды при температуре от 25 до 50^oС и уровне аэрации от 0,2 до 2,0 объема подаваемого воздуха к объему ферментационной среды в минуту в течение от 60 до 120 ч в условиях перемешивания ферментационной среды, обеспечивающего скорость масcопередачи кислорода воздуха в указанную среду в диапазоне от 0,2 до 2,0 кг/м³ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание твердой фазы в навозе составляет от 2,0 до 50,0 мас.%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют навоз сельскохозяйственных животных и помет птиц.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве аэробных микроорганизмов используют дрожжевые непатогенные культуры, и/или бактериальные непатогенные культуры, и/или грибные непатогенные культуры, и/или их ассоциации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрацию проводят непрерывно.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрацию проводят циклически.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что период цикличности аэрации составляет от 1 до 4 ч.

8. Установка переработки навозных стоков, содержащая биореактор, сборник жидкого навоза и сборник готовой продукции, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит засевной биореактор, емкость для раствора солей, первый побудитель расхода воздуха, биофильтр, на выходе которого установлен второй побудитель расхода воздуха, калорифер, узел обеззараживания целевого продукта, сборник целевого продукта, по меньшей мере, два насоса, и, по меньшей мере, шесть вентилей, причем, по меньшей мере, один насос установлен с возможностью перекачивания по трубопроводу навоза из сборника в биореактор через первый вход биореактора, первый побудитель расхода воздуха подключен посредством трубопровода ко второму входу биореактора, выход засевного биореактора подключен посредством трубопровода и вентиля к третьему входу биореактора, первый выход биореактора посредством трубопровода, по меньшей мере, одного вентиля и одного насоса подключен к входу калорифера, выход которого посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля подключен к четвертому входу биореактора, второй выход биореактора посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля подключен к входу узла обеззараживания целевого продукта, выход которого посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля соединен с входом сборника целевого продукта, при этом третий выход биореактора посредством трубопровода и вентиля соединен со сливной магистралью, а биофильтр подключен к магистрали отработанного воздуха биофильтра.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что выход калорифера выполнен с возможностью подключения посредством трубопроводов и, по меньшей мере, одного вентиля к входу калорифера.

10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что вход биофильтра подключен непосредственно или посредством газопровода к выходу отработанного воздуха из биореактора.

11. Установка по п.8, отличающаяся тем, что выход биофильтра подключен к указанному побудителю расхода воздуха, установленного на втором входе биореактора.

12. Установка по п.8, отличающаяся тем, что выход указанного биофильтра подключен к дополнительному побудителю расхода воздуха.

13. Установка по п.8, отличающаяся тем, что сборник жидкого навоза дополнительно содержит второй погружной насос, установленный с возможностью прокачивания по замкнутому контуру содержимого сборника.

14. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что узел обеззараживания выполнен с тепловой обработкой целевого продукта или с химической обработкой целевого продукта.

15. Установка по п. 14, отличающаяся тем, что в случае использования тепловой обработки указанный узел выполнен с рекуперацией тепла.

16. Установка по п.14, отличающаяся тем, что в случае выполнения узла обеззараживания с тепловой обработкой он дополнительно содержит второй калорифер, вход которого посредством трубопровода подключен ко второму выходу биореактора, а выход - посредством трубопровода и, по меньшей мере, одного вентиля к первому входу, по меньшей мере, одного дополнительного сборника, выход которого подключен к сливной магистрали и, посредством трубопроводов, насоса и, по меньшей мере, одного вентиля - к сборнику целевого продукта.

17. Установка по п.15, отличающаяся тем, что в случае использования рекуперации тепла, дополнительный выход сборника посредством замкнутого трубопровода для теплоносителя, насоса и вентиля соединен с первым калорифером.

18. Установка по п.14, отличающаяся тем, что в случае использования узла обеззараживания с химической обработкой целевого продукта, он содержит емкость для химического реагента и дополнительный сборник, причем выход емкости для химического реагента соединен трубопроводом, и по меньшей мере, одним вентилем с первым входом дополнительного сборника, а второй вход дополнительного сборника соединен со вторым выходом биореактора, при этом выход дополнительного сборника выполнен с возможностью подключения посредством вентиля к сливной магистрали, посредством, по меньшей мере, одного вентиля к сборнику целевого продукта и, посредством рецикла с третьим входом дополнительного сборника.

РИСУНКИ

Рисунок 1