CC BY
34
УДК 631.862
БИОКОНВЕРСИЯ СВИНОГО НАВОЗА В ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ МЕТОДОМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
А.Ю. Брюханов, кандидат технических наук А.С. Оглуздин, кандидат биологических наук Е.В. Шалавина, младший научный сотрудник ГНУ Северо-Западный НИИМЭСХ E-mail: [email protected]
Описаны этапы технологии биологической очистки жидкого свиного навоза, показано распределение общего азота и общего фосфора по каждому из этапов, определены этапы технологии, на которых происходит максимальное уменьшение биогенов. Ключевые слова: свиной навоз, биологическая очистка, отстойник, аэротенк.
Существуют различные технологии биоконверсии свиного навоза в органическое удобрение [1]. Наиболее распространенной технологией является длительное выдерживание свиного навоза в хранилищах секционного типа с последующим внесением полученного жидкого органического удобрения на поля. Другой технологией является разделение жидкого свиного навоза на фракции с последующим компостированием твердой фракции и длительным выдерживанием жидкой фракции [2]. Полученные твердые и жидкие органические удобрения вносятся на поля. Основными недостатками перечисленных технологий являются: 1) значительные капитальные затраты на строительство навозохранилищ, в которых свиной навоз выдерживается не менее 6 месяцев; 2) обязательное наличие земельных угодий для внесения всего получаемого твердого и жидкого органического удобрения.
При отсутствии у животноводческого предприятия своих земельных угодий и невозможности заключения договоров с с.-х. предприятиями, занимающимися растениеводством, возможна для использования технология биоконверсии свиного навоза в органическое удобрение и очистка стоков методом биологической очистки. Данная технология реализована на таких свинокомплексах, как «Маркулешты» в Молдове, «Кузнецовский» в Московской области, «Железногорский» в Курской области и др.
В соответствии с технологией жидкий свиной навоз со свинокомплекса подается на сепаратор. Твердая фракция после сепаратора биоконверсируется в твердое органическое удобрение методом компостирования. Жидкая фракция после сепаратора подается в первичный вертикальный отстойник, в котором идет процесс седиментации. Осветленная жидкость из первичного отстойника подается в аэротенк, а осадок из первичного отстойника биоконверсируется в твердое органическое удобрение методом длительного выдерживания в хранилищах секционного типа. Очищенная жидкость из аэротенка подается во вторичный вертикальный отстойник, в котором происходит осаждение активного ила. После вторичного вертикального отстойника осветленная жидкость сбрасывается на поля фильтрации, поля ороше-
ния или городские очистные сооружения. Избыточный активный ил из вторичного вертикального отстойника частично возвращается в аэротенк, оставшаяся его часть транспортируется на иловые площадки.
При использовании данной технологии биоконверсии свиного навоза твердое орга-
ническое удобрение получается более концентрированным.
Блок-схема технологии представлена на рисунке 1. Следует отметить, что процесс седиментации жидкой фракции свиного навоза занимает несколько суток.
СЕДИМЕ НТАЦИЯ
ДЛИТЕ ВЫДЕРЖ ЛЬНОЕ ИВАНИЕ
ВНЕСЕНИЕ НА ПОЛЯ
ТВЕРДОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ УДОБРЕНИЕ
ВНЕСЕНИЕ НА ПОЛЯ
СБРОС НА: -ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ; - ПОЛЯ ОРОШЕНИЯ; -ГОРОДСКИЕ ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ.
ИЗБЫТОЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ИЛ
Рис. 1. Блок-схема технологии биоконверсии свиного навоза в органическое удобрение методом
биологической очистки
Чтобы сократить время седиментации, в жидкую фракцию после сепаратора добавляют концентрированный раствор флокулян-та. Данная технологическая операция существенно повышает удельные эксплуатационные затраты на переработку свиного навоза. Задачей наших исследований было определить оптимальное время нахождения жидкой фракции без добавления флокулянтов в отстойнике и в аэротенке, проследив при этом изменение содержания общего азота и фосфора в очищаемых суспензиях. Исследования проводились в аналитической лаборатории ООО «Животноводческий комплекс БОР» и СЗНИИМЭСХ.
Первым этапом исследований было определение скорости седиментации жидкой фракции свиного навоза в мерных цилиндрах. Для этого жидкой фракцией свиного навоза со свинокомплекса «БОР» заполнялись 3 мерных цилиндра на 500 мл. Исследования проводились в летний период при температуре окружающего воздуха +190С.
Вторым этапом исследований было подтверждение правильности выбранного оптимального времени седиментации свиного навоза в мерных цилиндрах. Для этого была собрана лабораторная модель вертикального отстойника, в которой наблюдалась седиментация свиного навоза за выбранное на первом этапе оптимальное время.
Третьим этапом исследований было определение максимального времени нахождения осветленной после первичного отстойника жидкости в аэротенке. Для этого была собрана лабораторная модель аэротенка с дозой активного ила 2 г/л. Количество подаваемого в аэротенк воздуха - 3 л/мин.
Была собрана лабораторная модель вторичного отстойника для седиментации избыточного активного ила. Пробы очищенной жидкости отбирались из осветленной жидкости во вторичном отстойнике.
Схемы лабораторных моделей отстойника и аэротенка представлены на рис. 2, 3. В процессе исследований отбирались пробы исходного свиного навоза (№1), жидкой
Journal of VNHMZH №3-2014
165
фракции свиного навоза (№2), осветленной жидкости из лабораторной модели первичного вертикального отстойника (№3), очищенной жидкости из лабораторной модели вторичного вертикального отстойника (№№4, 5, 6). Проба осветленной жидкости из лабораторной модели первичного вертикального отстойника отбиралась на 7 сутки
отстаивания после откачки осадка и удаления осветленной жидкости. Из лабораторной модели вторичного вертикального отстойника пробы отбирались из осветленных жидкостей каждые 7 дней с момента начала аэрации. Блок-схема исследуемой технологии с местами отбора проб представлена на рис. 4.
Рис. 2. Схема лабораторной модели вертикального отстойника:
1 - входное отверстие для подачи жидкой фракции,
2 - кран шаровой для спуска осадка
Рис. 3. Схема лабораторной модели аэротенка
ЛАБОРАТОРНАЯ МОДЕЛЬ ПЕРВИЧНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА (В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ)
1
ЛАБОРАТОРН ХРАНИ СЕКЦИОНН (В АНАЛИТ ЛАБОРА ЧАЯ МОДЕЛЬ ЛИЩА ОГО ТИПА ИЧЕСКОЙ ТОРИИ)
Т
ОСВЕТЛЕННАЯ
\ ЖИДКОСТЬ
ТВЕРДОЕ
ОРГАНИЧЕСКОЕ
^ УДОБРЕНИЕ
Рис. 4. Блок-схема исследуемой технологии
На первом этапе исследований жидкой фракцией свиного навоза влажностью 96, 12% были заполнены 3 мерных цилиндра объемом 500 мл каждый. Навоз в цилиндрах отстаивался при температуре 19°С до появления четких границ между слоем с осевшими веществами, с осветленной жидкостью и слоем со всплывшими веществами. После завершения процессов разделения определяли процентные соотношения высот слоев. Результаты исследований - на рис. 5.
В процессе седиментации в мерных цилиндрах слои сформировались только после трех часов отстаивания. К концу первых суток слой с осветленной жидкостью увеличился до 29%, а слой с осевшими веществами уплотнился до 70%. Вплоть до шести суток осаждение происходило с увеличением слоя осветленной жидкости (62%) за счет активного уплотнения слоя с осевшими веществами (35%). С 7-х суток слой с осветленной жидкостью начал уменьшаться с 62% до 58,8% за счет брожения в слое со всплыв-
шими веществами, при этом слои с осевшими веществами больше не уплотнялся.
На втором этапе исследований была создана лабораторная модель первичного вертикального отстойника, представляющая собой пластиковую емкость с конусообразной нижней частью, имеющую отверстие для подачи жидкой фракции свиного навоза 1 и кран шаровый для спуска осадка 2 (рис. 2). Жидкую фракцию свиного навоза через входное отверстие 1 заливали в лабораторную модель первичного вертикального отстойника на 7 суток. На восьмые сутки осветленная жидкость влажностью 98,52% была откачана в лабораторную модель аэро-тенка, а осадок перемещен в лабораторную модель хранилища секционного типа.
о, 100
I 80
¡ 5? 60
Рис. 6.
таты
исследований
Резуль-
Лсг .о* ло* ло*
Л<£ О)
Время седиментации
осветленная жидкость
■ всплывшие вещества • осевшие вещества
Рис. 5. Результаты исследования процесса седиментации жидкой фракции свиного навоза
В лабораторной модели аэротенка осветленная жидкость находилась 3 недели. Через каждые 7 дней с момента начала аэрации часть очищенной жидкости из лабораторной модели аэротенка подавалась в лабораторную модель вторичного вертикального отстойника. Воздух в лабораторную модель аэротенка подавался постоянно, избыточный активный ил не удалялся. Результаты исследований на рис. 6.
Содержание азота в жидкой фракции, мг/кг
проба проба проба проба проба проба , №1 №2 №3 N°4 NeS №6 ,
Journal of VNIIMZH №3-2014
Как видно из представленных графиков, содержание фосфора в процессе очистки жидкого свиного навоза снизилось с 1090 до 76 мг/кг (на 93%). Причем, значительное уменьшение содержания фосфора с 1029 до 260 мг/кг (на 70,55%) произошло в процессе седиментации жидкой фракции свиного навоза в лабораторной модели первичного вертикального отстойника за счет выпадения в осадок. Содержание азота в процессе очистки жидкого свиного навоза снизилось с 3400 до 12 мг/кг (на 99%). Значительное уменьшение содержания азота с 2870 до 840 мг/кг (на 59,7%) произошло в первую неделю очистки в лабораторной модели аэротенка. Очищенная жидкость после лабораторной модели вторичного вертикального отстойника по содержанию общего азота и общего фосфора пригодна для дальнейшей доочист-ки на полях орошения или полях фильтрации при внесении различными способами [3].
Выводы:
1. Для полной биологической очистки жидкого свиного навоза достаточно 4 недель.
2. Максимальное уменьшение содержания общего фосфора в жидкой фракции свиного навоза происходит в процессе седиментации за счет выпадения в осадок.
3. Максимальное уменьшение содержания азота в жидкой фракции свиного навоза происходит в процессе очистки в аэротенке в первую неделю за счет поглощения азота активным илом.
4. Полученная очищенная жидкость пригодна для дальнейшей доочистки на полях орошения или полях фильтрации.
5. Требуются дополнительные исследования для определения содержания в очищенной жидкости ХПК и БПК для определения возможности очистки жидкого свиного навоза до норм ПДК сброса в открытые водоемы.
167
Литература:
1. Афанасьев В.Н. Технологические и технические решения проблемы переработки навоза свиноводческих комплексов // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №4.
2. Брюханов А.Ю., Субботин И. А. Автоматизированное проектирование технологических линий приготовления органических удобрений на основе навоза и помета // Вестник ВНИИМЖ. 2009. Т. 20. №3.
3. Исследования поверхностного способа внесения жидкого органического удобрения в Северо-Западном
УДК 631.95
регионе России / Д.А. Максимов и др. // Сб. науч. докладов ВИМ. М.: ВНИИМСХ, 2012. С. 45-51.
The stages of biological treatment technology of liquid pig manure are described, distribution of total nitrogen and total phosphorus on each stage is shown, the stages with maximum reduction of nutrients are identified. Keywords: pig manure, biological treatment, sedimentation tank, aeration tank.
КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОСТИ СИСТЕМ ПОДГОТОВКИ НАВОЗА И ПОМЁТА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
А.Ю. Брюханов, кандидат технических наук И.А. Субботин, аспирант ГНУ Северо-Западный НИИМЭСХ E-mail: [email protected]
Результаты исследований свидетельствуют о том, что наибольшим потенциалом негативного воздействия при сельскохозяйственном производстве обладают навоз и помёт. По этой причине при выборе технологических решений их утилизации необходимо использование критериев экологической безопасности.
Ключевые слова: животноводство, критерии, навоз, помёт, переработка навоза.
Современное сельское хозяйство является существенным потенциальным источником отрицательного воздействия на окружающую среду. Результаты исследований свидетельствуют о том, что наибольшим потенциалом негативного воздействия обладают навоз и помёт [1]. По этой причине выбор технологических решений их утилизации является ключевым фактором обеспечения экологической безопасности с.-х. производства. Анализ существующих и перспективных технологических циклов обращения с навозом и помётом, включающих в себя такие основные этапы, как переработка, хранение, транспортировка, внесение в почву, выявил наибольшее негативное влияние на этапе переработки навоза и помёта [2].
Анализ негативного воздействия от навоза и помёта показал, что оно проявляется в виде потерь биогенных элементов: азота в атмосферный воздух и водные объекты и фосфора - в водные объекты. В качестве показателей экологической безопасности целесообразно использовать коэффициенты потерь азота и фосфора, выражающие отношение конечной массы вещества к начальной: Ь^бщ = ткШбщ / т0Шбщ х 100 [%] Ьробщ = ткРобщ / т0Робщ х 100 [%] Таким образом, в современных реалиях при выборе технологических решений, в том числе связанных с подготовкой навоза и помёта к использованию, необходимо использовать критерий экологической безопасности и сравнивать соответствующие показатели. Процесс выбора технологического решения биоконверсии навоза и помёта для конкретного хозяйства, возникающий на этапе пред-проектной подготовки либо при модернизации производства, состоит из последовательного применения ряда критериев, ведущего к уменьшению возможных вариантов.
На первом этапе рассматриваются все варианты, технологически подходящие для данных физико-химических и биологических
