Научная статья на тему 'Результат лабораторных исследований технологии переработки свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников'

Результат лабораторных исследований технологии переработки свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

CC BY
207
57
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЕРЕРАБОТКА СВИНОГО НАВОЗА / БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА / ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА / ПОТЕРИ ОБЩЕГО АЗОТА / PROCESSING OF PIG MANURE / BIOLOGICAL TREATMENT / ENVIRONMENTAL ASSESSMENT / LOSSES OF TOTAL NITROGEN

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Шалавина Екатерина Викторовна, Брюханов Александр Юрьевич

Разработанная технология биологической очистки свиного навоза в аэротенке с использованием первичных циклических отстойников позволяет сконцентрировать питательные вещества в твердой фракции и получить осветленную жидкость, пригодную для доочистки на полях фильтрации. Исследования проводились на одном из свинокомплексов Ленинградской области и в лабораторных условиях. Были исследованы все стадии технологии биологической очистки с целью определения потерь по массе, общего азота и общего фосфора. Наибольшие потери массы наблюдались на стадии длительного выдерживания за счет понижения влажности осадка. Потери составили 46,31% (2,8 кг). На стадии аэрации с вторичной седиментацией потери массы составили 15,41% (1,9 кг) за счет активного испарения при аэрировании осветленной жидкости. На стадии первичной седиментации величина потерь массы (1,9% - 0,3 кг). Суммарные потери массы во всей технологии составили 25% (5 кг). Наибольшие потери общего азота наблюдались на стадии аэрации со вторичной седиментацией - 25,38% (23637 мг), наименьшие - на стадии первичной седиментации -1,51% (791 мг). Суммарные потери общего азота составили 19,6%.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Шалавина Екатерина Викторовна, Брюханов Александр Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESULT OF LABORATORY RESEARCH OF TECHNOLOGY OF PROCESSING PIG MANURE IN AEROTANK USING CIRCULAR CLARIFIERS

The developed technology of biological treatment of pig manure in the aerotank using primary circular clarifiers allows to concentrate the nutrients in the solid fraction and to obtain a clarified liquid, suitable for purification on filtration fields. The research was conducted at one of the pig farms of the Leningrad region and in the laboratory. All stages of biological treatment technology for the purpose of determining the loss in weight, total nitrogen and total phosphorus were investigated. The greatest mass loss was observed under a long-term incubation by lowering the moisture content. Losses amounted to 46,31% (2,8 kg). At the stage of aeration of secondary sedimentation the loss of mass was 15,41% (1,9 kg) due to evaporation during aeration clarified liquid. At the stage of primary sedimentation the amount of mass loss (1,9% 0,3 kg). The total mass loss 25% (5 kg). The greatest losses of total nitrogen were observed at the stage of aeration with secondary sedimentation 25,38% (23637 mg), and lowest at the stage of primary sedimentation -1,51% (791 mg). The total losses of total nitrogen amounted to 19.6%.

Текст научной работы на тему «Результат лабораторных исследований технологии переработки свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников»

УДК 631.862

DOI 10.18286/1816-4501-2015-3-116-120

РЕЗУЛЬТАТ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ

свиного навоза в аэротенке с использованием циклических отстойников

Шалавина Екатерина Бикторовна, аспирант

Брюханов Александр Юрьевич, кандидат технических наук, заведующий отделом ФГБ НУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства»

196625, г.Санкт-Петербург, Павловск, Фильтровское шоссе, дом 3, тел.:8(812)466-57-16, e-mail:[email protected]

Ключевые слова: переработка свиного навоза, биологическая очистка, экологическая оценка, потери общего азота

В статье представлены основные положения методики исследования технологии переработки навоза и результаты исследований, направленные на экологическую оценку; дана схема лабораторной установки технологии биологической очистки; рассчитаны потери общего азота и массы свиного навоза и продуктов, из него полученных: осадок, осветленная жидкость, твердая фракция, жидкая фракция.

введение

В пределах Северо-Западного Федерального Округа расположено более 600 крупных сельскохозяйственных предприятий, занимающих суммарно более 5 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий. В этих хозяйствах содержится более 700 тысяч голов КРС, около 690 тысяч свиней и более 35 миллионов голов птицы.

В последние годы свиноводство Ленинградской области активно развивается (на 2014 год - 15 свиноводческих хозяйств). Увеличение поголовья ведет к необходимости решать вопросы переработки и использования навоза с соблюдением экологической безопасности [1, 2, 3].

На свинокомплексах образуется жидкий свиной навоз, который труднее утилизируется, нежели твердый. В настоящее время в существующих технологиях переработки жидкого свиного навоза последней стадией является внесение полученного жидкого

удобрения на поля [4]. Однако для хозяйств, не имеющих полей для внесения, данные технологии неприменимы. Существуют технологии очистки жидкого свиного навоза до норм ПДК, предъявляемых к сбросу в водные объекты и на рельеф, однако они имеют существенный недостаток - дороговизна очистки за счет использования флокулянтов, при этом теряется значительное количество (до 30 %) общего азота [5]. В ИАЭП (предыдущее название ГНУ СЗНИИМЭСХ) была разработана технология биологической очистки свиного навоза в аэротенке с использованием первичных циклических отстойников [6, 7]. Данная технология при сравнительном анализе оказалась экономически выгодной (табл. 1), однако не было данных о потерях общего азота на каждой из стадий данной технологии (расчет для выхода навоза в 150 тонн/сутки).

Поэтому целью исследований являлось определение потерь общего азота для

Таблица 1

№ Технология Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуатационные затраты, тыс. руб.

1 с использованием узла флокуляции 121857 8811

2 с использованием коагулятора 121777 10946

3 с использованием циклических отстойников 100233 7055

СВИНОЙНАВОЗ

ТВЕРДАЯ ФРАКЦИЯ

Рис. 1 - Блок-схема технологии биологической очистки

совершенствования технологии и дальнейшего ее внедрения в хозяйствах. Блок-схема технологии представлена на рис. 1.

объекты и методы исследований

Исследования проводились на одном из свинокомплексов Ленинградской области и в лабораторных условиях (ИАЭП). На свинокомплексе производился отбор проб исходного свиного навоза (проба №1), твердой и жидкой фракций свиного навоза (проба №2 и проба №3), органического удобрения, полученного методом пассивного компостирования (проба № 9) для определения влажности и содержания общего азота. Жидкая фракция свиного навоза после сепаратора транспортировалась в лабораторию, где была создана цепочка элементов для исследования остальных стадий технологии (первичная и вторичная седиментация, аэрация и длительное выдерживание). На каждой стадии технологии замерялась масса свиного навоза и продуктов, из него полученных.

Согласно технологии жидкая фракция свиного навоза после сепаратора через отверстие 1 подавалась в лабораторную модель первичного вертикального циклического отстойника. Чертеж лабораторной модели вертикального отстойника представлен на рис. 2.

По технологии предусмотрено 2 отстойника, работающих циклическим образом: пока один отстойник наполняется (7 суток), во втором происходит седиментация. На 8 сутки через выходное отверстие, оборудованное шаровым краном 2, удалялся осадок. Осветленная жидкость подавалась в лабораторную модель аэротенка, представленную на рисунке 3. Отбиралась осветленная жидкость для анализа (проба №5). Осадок (проба №4) откачивался и обеззараживался методом длительного выдерживания в лабораторной модели хранилища секционного типа, после чего использовался в качестве органического удобрения (проба № 8) при условии рационального радиуса транспортировки. Осветленная жидкость из лабораторной модели аэротенка подавалась в лабораторную модель вторичного отстойника, процесс седиментации в котором протекал 4 часа. Далее осветленная очищенная жидкость (проба №6) была пригодна для доочистки на полях фильтрации. Избыточный активный ил из лабораторной модели вторичного отстойника (проба №7) возвращался в лабораторную модель аэротенка.

Отбор проб осуществлялся трехкратно в соответствии с ГОСТ Р 54519-2011. Временной интервал от момента отбора пробы

Рис. 2 - Лабораторная модель первичного вертикального циклического отстойника (размеры в мм)

1 - входное отверстие для жидкой фракции, 2 - кран шаровый для спуска осадка

до начала ее анализа не превышал 24 часа. В отобранных пробах определялся общий азот N, замерялись массы М навоза и продуктов, из него полученных.

Для проведения исследований был подобран компрессор. Воздух из компрессора подавался через систему аэрации в лабораторную модель аэротенка. Количество подаваемого воздуха - 5 м3/м3 [8]. Активный ил, изначально помещенный в аэротенк, выращивался на исходном свином навозе. Доза активного ила в аэротенке равна 6г/л.

Вторичный отстойник для седиментации активного ила по конструкции аналогичен первичному отстойнику - рисунок 2. Лабораторная модель хранилища секционного типа представляет собой куб со стороной 30 см.

результаты исследований

На свинокомплексе были отобраны пробы исходного свиного навоза (№ 1), жидкой и твердой фракции свиного навоза (№ 2, № 3), готового органического удобрения (№ 9) с целью определения общего азота. Жидкая фракция массой 18 кг помещена в первичный циклический вертикальный отстойник (в лаборатории ИАЭП).

На восьмые сутки из первичного циклического вертикального отстойника была

Рис. 3 - Лабораторная модель аэротенка (размеры в см)

Химический состав

Таблица 1

Наименование объекта исследования № пробы Влажность, % Зольность (сухого), % pH Nобщ, мг/кг

Жидкий свиной навоз со свинокомплекса 1 93,4 19 8,35 5500

Твердая фракция свиного навоза 2 71,6 12,3 7,74 5300

Жидкая фракция свиного навоза 3 96,1 24 8,47 3500

Осадок из первичного вертикального циклического отстойника 4 90,5 22,5 8,28 4900

Осветленная жидкость из первичного вертикального циклического отстойника 5 98,7 38,5 8,56 2870

Очищенная жидкость 6 99,2 39,2 8,59 1000

Активный ил 7 94,3 24 9,8 9300

Органическое удобрение, полученное методом длительного выдерживания 8 85,6 15,1 7,94 8060

Органическое удобрение, полученное методом пассивного компостирования 9 72,95 16,7 7,5 5300

Таблица 2

Потери массы и общего азота

Первичная седиментация Аэрация с вторичной седиментацией Длительное выдерживание Вся технология

Потеря массы, % 1,9 15,41 46,31 25,6

Потеря общего азота,% 1,51 25,38 11,68 19,6

откачана осветленная жидкость и удален осадок. Отобраны пробы № 5 и №4. Осадок составил 1/3 от исходной массы (6 кг), поступившей в лабораторную модель первичного вертикального циклического отстойника, осветленная жидкость составила 2/3 от исходной массы (11,7 кг - с учетом потерь). Осветленная жидкость была подана в лабораторную модель аэротенка, осадок помещен в лабораторную модель хранилища секционного типа. После 21 суток аэрации [9] очищенная жидкость с активным илом была подана во вторичный вертикальный отстойник (10,8 кг: 9,8 кг - очищенная жидкость, 1 кг - активный ил), после завершения седиментации активного ила были отобраны пробы №6 и №7. Осадок выдерживался в лабораторной модели секционного типа 6 месяцев. Была отобрана проба №8 полученного органического удобрения. Масса полученного органического удобрения составила 3,2 кг. Химический состав навоза и про-

дуктов, из него полученных, представлен в табл. 1, потери по массе и потери общего азота представлены в табл. 2.

Наибольшие потери массы наблюдались на стадии длительного выдерживания за счет усушки осадка. Потери составили 46,31 % (2,8 кг). На стадии аэрации с вторичной седиментацией потери массы составили 15,41 % (1,9 кг) за счет активного испарения при аэрировании осветленной жидкости. На стадии первичной седиментации величина потерь массы (1,9 % - 0,3 кг). Суммарные потери массы во всей технологии составили 25 % (5 кг).

Наибольшие потери общего азота наблюдались на стадии аэрации с вторичной седиментацией - 25,38 % (23637 мг), наименьшие - на стадии первичной седиментации - 1,51 % (791 мг). Суммарные потери общего азота составили 19,6 %. выводы

1. При исследованиях была соблюдена

технология биологической очистки жидкой фракции свиного навоза; была получена жидкость, пригодная для доочистки на полях фильтрации - 50% от массы исходной жидкой фракции свиного навоза; и твердое органическое удобрение - 24,4% от массы исходной жидкой фракции свиного навоза;

2. Были определены потери общего азота и массы на стадиях технологии, при этом наибольшие потери по массе произошли на стадиях аэрации - 15,41% и на стадии длительного выдерживания - 46,31%, а наибольшие потери общего азота - на стадии аэрации 25,4%;

3. Суммарные потери при технологии глубокой переработки жидкого свиного навоза для общего азота составили 19,6%.

4. Полученные результаты не противоречат проведенным ранее исследованиям [10].

Библиографический список

1. Impact of piggery slurry lagoon on the environment: a study of groundwater and river igolinka at the vostochnii pig farm, st. Petersburg, russia / E. Otabbong,

I. Arkhipchenko, O. Orlova, I. Barbolina, M. Shubaeva // Acta Agriculturae Scandinavica. Section B: Soil and Plant Science. 2007. Т. 57. № 1. С. 74-81.

2. Arkhipchenko, I.A. Tryptophan concentration of animal wastes and organic fertilizers / I.A. Arkhipchenko, A.I. Shaposhnikov, L.V. Kravchenko // Applied Soil Ecology. 2006. T. 34. № 1. С. 62-64.

3. Van der Hoek, K.W. Abating ammonia emissions in the UNECE and EECCA region / K.W. Van der Hoek, N.P. Kozlova // Ammonia workshop 2012 Saint Petersburg RIVM Report 680181001 / /SZNIIMESH Report. Bilthoven, The Netherlands.

4. Kozlova, N. Assessment of ammonia emission from cattle buildings / N. Kozlova, N. Maximov, A. Bryukhanov // Nitrogen & Global Change: Key findings - future challenges Conference Proceedings. 2011.

5. Уваров, Р.А. Анализ интенсивных технологий переработки навоза, помета /

Р.А. Уваров, П.А. Слободянюк // Материалы международного конгресса: Перспективы инновационного развития агропромышленного комплекса и сельских территорий: Изд-во «ЭФ-Интернешнл». - Санкт-Петербург, 2014. - С.52-53.

6. Пат. 139469 Российская Федерация. МПК C02F 3/00, C02F 1/74. Устройство биологической очистки жидкой фракции свиного навоза и навозосодержащих стоков / Шалавина Е.В., Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Субботин И.А.; патентообладатель: Государственное научное учреждение северо-западного научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии наук (ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии). - №2013149742/05; заявл. 06.11.2013; опубл. 20.04.2014, Бюл. № 11. - 2с. Ил. 1.

7. Шалавина, Е.В. Исследование седиментации свиного навоза, его жидкой фракции и навозосодержащих стоков / Е.В. Шалавина, И.А. Субботин, Э.В. Васильев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.- 2014. - №1. -С.152-156.

8. Руководящий документ агропромышленного комплекса № 1.10.15.02-08 «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета». - М.: 2008. - 91 с.

9. Шалавина, Е.В. Изменение содержания азота и фосфора в жидкой фракции свиного навоза при биологической очистке / Е.В. Шалавина, Э.В. Васильев // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2014. - №85. - С. 166-170.

10. Архипченко, И.А. Баланс азота, фосфора и калия при аэробной переработке отходов свинооткормочных комбинатов / И.А. Архипченко, А.А. Белимов, В.Б. Васильев // Известия АН СССР, сер. биол. № 6. - 1987. - С. 894-901.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.