CC BY
4;№ 1(17), 2015
УДК 631.862.1/2:628.35:636.4
Бондаренко А. М., Строгий Б. Н., Качанова Л. С., Иващенко С. Г.
Bondarenko А. М., Strogiy B. N., Kachanova L. S., Ivachenko S. G.
ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО НАВОЗА И НАВОЗНЫХ СТОКОВ СВИНОВОДЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
THE TECHNOLOGY OF DEEP PROCESSING OF LIQUID MANURE AND MANURE RUN-OFF PIG FARMS
Представлена технология глубокой переработки жидкого навоза и навозных стоков, дан анализ работы каждой из пяти ступеней очистки жидкой фракции с учетом предельно допустимых концентраций взвешенных веществ, химической и биологической потребности в кислороде, тяжелых металлов.
Ключевые слова: технология, жидкий навоз, навозные стоки, осветленная жидкость, разделение на фракции, коагуляция.
The technology of deep processing of liquid manure and manure run-off is presented. The work of each of the five stages of cleaning of liquid fraction is analyzed. The maximum allowable concentrations of suspended solids, chemical and biological oxygen demand, heavy metals are taken into consideration.
Key words: technology, liquid manure, manure run-off, clarified liquid, fractionation, coagulation.
Бондаренко Анатолий Михайлович -
доктор технических наук, профессор кафедры «Землеустройство и кадастры», зам. директора по научной работе Азово-Черноморского инженерного института (ФГБОУ ВПО ДГАУ) в г. Зернограде Тел.: (86359)41161, 89281627646 E-mail: bondanmih@rambler.ru
Строгий Борис Николаевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Землеустройство и кадастры» Азово-Черноморского инженерного института (ФГБОУ ВПО ДГАУ) в г. Зернограде Тел.: 89185963384 E-mail: strogiyb@mail.ru
Качанова Людмила Сергеевна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Инжиниринг бизнес-процессов» ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева» г. Москва
Тел.: 89067802157
E-mail: kachanovakls@rambler.ru
Иващенко Сергей Григорьевич -
ООО «Экотехника», г. Ростов-на-Дону
Тел.: 89281658306
E-mail: s_g_ivawenko@mail.ru
Bondarenko Anatoliy Mikhailovich -
Doctor in Technical Sciences, Professor, Deputy Director for Science, Azov-Black Sea Engineering Institute, the town of Zernograd
Office phone: 8(86359)41161. Mobile phone: 89281627646.
E-mail: bondanmih@rambler.ru
Strogiy Boris Nickolaevich -
PhD in Technical Sciences, Associate Professor, Chair of Land Management
and Cadastre, Azov-Black Sea Engineering Institute, the town of Zernograd Tel.: 89185963384. E-mail: strogiyb@mail.ru
Kachanova Lyudmila Sergeevna -
PhD in Technical Sciences, Associate Professor, Chair of Business Process Engineering, Russian State Agricultural University named after K.A. Timiryazev. Moscow
Tel.: 8 9067802157.
E-mail: kachanovakls@rambler.ru
Ivachenko Sergei Grigoryevich -
«Ekotehnika» Ltd. Rostov-on-don
Tel.: 89281658306.
E-mail: s_g_ivawenko@mail.ru
Функционирование животноводческих комплексов и ферм приводит к накоплению значительных объемов необработанных органических отходов, что ставит под угрозу экологическое благополучие окружающей природной среды.
По данным Всемирной организации здравоохранения навоз является источником более 100 видов различных возбудителей болезней животных и человека. Уровень заболеваемости населения в районах функционирования животноводческих предприятий в 1,6 раза превышает его средний показатель по России, а сами рай-
оны в ряде случаев определяются как зоны экологического бедствия.
Годовой выход навоза и навозных стоков в России превышает 200 млн. тонн. При этом многие животноводческие предприятия не оснащены системами эффективной переработки и утилизации органических отходов, что привело к загрязнению навозом более 2 млн. га земли.
Наряду с этим в навоз уходит около 60% энергии кормов, что делает его ценным сырьем для получения органических удобрений, биогаза, кормовых добавок и других продуктов [1]. Однако технологии и оборудование, реализую-
12
,,„ „„„„, щ ^ Ставрооодья
научно-практическии журнал
щие процесс переработки навоза являются высокозатратными, энергоемкими и низкоэффективными. В результате, на животноводческих предприятиях навоз накапливается и хранится без учета экологических требований, загрязняя окружающую среду и теряя полезные свойства.
В этой связи разработка низкозатратных, высокоэффективных технологий переработки навоза и навозных стоков с получением экологически чистых продуктов переработки приобретает большое значение в вопросах охраны окружающей среды, повышения безопасности труда обслуживающего персонала и здоровья населения, рентабельности производства.
Целью данной работы является разработка и обоснование технологии глубокой переработки жидкого навоза и навозных стоков свиноводческих предприятий, предусматривающей получение продуктов с регламентированными с экологической точки зрения свойствами.
Разнообразие технологий переработки навоза вызывает различные мнения среди ученых. Однако большинство из них придерживается того, что переработка и утилизация жидкого свиного навоза должна быть направлена на получение органических удобрений, так как это дает полную утилизацию и оказывает благоприятное воздействие на почву: повышает содержание гумуса и улучшает ее физико-механические свойства [2]. Таким образом, разрабатываемые технологии должны обеспечивать безотходную переработку и максимальное использование
всех видов навоза для внесения в почву в качестве органического удобрения [3].
Анализ различных технологий переработки жидкого свиного навоза позволяет сделать вывод, что отдавать предпочтение следует технологиям, включающим разделение навоза на фракции и последующую обработку каждой фракции в отдельности. В этом случае появляется ряд преимуществ:
- жидкая фракция, получаемая после разделения, при хранении не расслаивается, что позволяет осуществлять ее выгрузку насосами. При этом отпадает необходимость в использовании тяжелой мобильной техники для очистки хранилищ. Для хранения жидкой фракции можно использовать хранилища облегченной конструкции, что значительно снижает капитальные затраты;
- объем жидкой фракции на 15-30% меньше первоначальных объемов исходного навоза. Следовательно, необходимый объем хранилищ будет соответственно меньшим;
- уменьшаются потери питательных веществ в процессе хранения и внесения, снижается уровень эмиссии вредных и зловонных газов, повышается доступность питательных веществ к корневой системе растений и др.
- получаемая твердая фракция легко поддается погрузке, транспортировке, и при-
Рисунок 1 - Блок-схема переработки жидкого навоза и навозных стоков
Вестник ЛПК
Ставрополья
:№ 1(17), 2015
Рисунок 2 - Технологическая схема I ступени очистки жидкого навоза
годна для производства концентрированных органических удобрений.
Технология глубокой переработки жидкого навоза является многоступенчатой и схематично представлена на рисунке 1.
Жидкий навоз влажностью 92-95 % из животноводческих помещений поступает в приемник канализационной насосной станции (КНС).
Согласно нормам технологического проектирования систем удаления и переработки навоза на очистных сооружениях промышленных животноводческих комплексов должны быть предусмотрены карантинные хранилища, или секционные прифермские навозохранилища, обеспечивающие шестисуточное выдерживание жидкого навоза [4]. В течение этого периода уточняется эпизоотическая обстановка на животноводческом обьекте.
При выявлении эпизоотии вся масса жидкого навоза, контаминированного возбудителем инфекционных болезней, обеззараживается и далее поступает на обработку по ниже описанной технологии.
Если в течение времени выдерживания жидкого навоза не зарегистрированы опасные за-
болевания животных, то навоз после гомогенизации и отделения крупных включений подается на механическое разделение на фракции.
Первая ступень очистки предусматривает механическое разделение жидкого навоза на твердую и жидкую фракции. Процесс механического разделения на фракции является двух-стадийным (рисунок 2). Жидкий навоз влажностью 92-95 % вначале подается на установку типа дуговое сито, где в процессе разделения получается твердый осадок влажностью 8688 % и жидкая фракция влажностью до 96,898,6 %. Твердый осадок подается на щеточный шнек, где в результате разделения получается твердая фракция влажностью 72-75 % и жидкая фракция влажностью до 98,6 % [2].
Жидкая фракция после дугового сита и щеточного шнека подается в емкость-накопитель жидкой фракции, а твердая фракция формируется в бурты, где происходит ее биотермическое обеззараживание.
На второй ступени очистки удаление тонко-дисперстных частиц и нерастворенных примесей проводится с помощью напорной флотационной установки (рис. 3). Принцип напорной
14
Ежеквартальный научно-практический журнал ^^^^^^^
В
флотации состоит в фиксации микропузырьков воздуха на частицах, содержащихся в исходном продукте. Прилипание микропузырьков воздуха к частицам приводит к уменьшению плотности частиц, в результате чего они всплывают на поверхность и удаляются.
Для повышения степени улавливания частиц жидкую фракцию целесообразно подготавливать путем введения в нее коагулянта или фло-кулянта.
Полученный осадок, имеющий влажность 9193 %, выводится из флотатора, поступает на щеточный шнек и обезвоживается вместе с твердой фракцией, полученной на дуговых ситах.
Осветленная жидкость подается в промежуточную емкость для биологической ее очистки с дозирующим комплексом (энзим-реагенты).
На третьей ступени, с целью снижения содержания растворенных солей и БПК жидкая фракция подвергается отстаиванию с добавлением коагулянта. Образуемый осадок выводится из отстойника, поступает в щеточный шнек и обезвоживается вместе с осадком, полученным на дуговых ситах.
Содержание взвешенных веществ и БПК позволяет направлять осветленную жидкость из отстойника в биологический пруд. На третьей ступени происходит физико-химическая очистка осветленной жидкости.
Согласно рисунку 4 осветленная жидкость при помощи насоса подается в проточный реактор. При этом, перед реактором-смесителем произведена врезка реагентопровода, подающего раствор извести Са(ОН)2.
В реакционной зоне проточного реактора происходит контакт жидкости с реагентом Са(ОН)2, при этом особенностями конструкции предопределены особые способы воздействия на обрабатываемые вещества, такие как: магнитострикционные, акустические, кавита-ционные и т.д. В результате многофакторного воздействия на компоненты происходит значительное ускорение физико-химических процессов, следствием чего является повышение скоростей химических реакций, а также умень-
шение количества расходуемых реагентов. Данные свойства, характерные для проточного реактора, существенно влияют на уменьшение габаритов технологической линии, увеличение ее пропускной способности. После проточного реактора очищаемые стоки направляются в водоочистную установку, где происходит процесс отделения продуктов химических реакций, которые в виде шлама отводятся в резервуар осадка.
Особенностью применения водоочистной установки является улучшение качества очистки поступающих стоков (осветленной жидкости) и обеспечение непрерывности технологического процесса.
Раствор извести, попадая в сточные воды, после их перемешивания в проточном реакторе, приводит в действие коагуляционные процессы, после чего большая часть органических и неорганических веществ и других загрязнений (в виде шлама) из коагуляционной камеры водоочистной установки выводится в промежуточную емкость (рис. 4).
На четвертой ступени погружным насосом очищаемые стоки (осветленная жидкость) подаются на систему доочистки, состоящую из фильтров с механической и сорбционной загрузкой, а также лампы с ультрафиолетовым излучением. Перед системой доочистки произведена врезка реагентопровода с гипохлоритом натрия Nа(ОСl)2. Гипохлорит натрия, перемешиваясь с очищаемой сточной водой, за счет протекающих в полученном растворе окислительно-восстановительных реакций, уменьшает количество вредных примесей и веществ в сточной воде. Этот реагент является сильнейшим окислителем и благодаря этому свойству, гипох-лориты нашли самое широкое применение при обеззараживании сточных вод.
Фильтры с сорбционной загрузкой, обеспечивают тонкую доочистку воды сельскохозяйственного назначения по большинству компонентов. В соответствии с технологическим регламентом установки (определяемым при пуско-наладочных работах) сорбент подлежит
: № 1(17), 2015
периодической замене. Отработанный сорбент представляет собой уголь, с содержанием инородных компонентов не более 1 %, что позволяет отнести его к 5 классу опасности. Значение РН корректируется при помощи соляной кислоты, находящейся в дозирующем комплексе.
После доочистки сточной воды в системе фильтров и лампы УФО очищаемая вода поступает в канализацию по линии обеззараженных сточных вод и далее по канализационному коллектору на биологические пруды-накопители для дальнейшей доочистки.
Пятая ступень предусматривает биологическую очистку осветленной жидкости.
Важным этапом переработки жидкого навоза является биологическая очистка, т.е. процесс минерализации органических веществ живыми организмами. Этот процесс протекает в результате активизации деятельности микроорганизмов навоза, которые под действием вырабатываемых ими ферментов разлагают белки, жиры и углеводы инфицирующих микробов и используют их для роста собственной биомассы.
Биологическую очистку жидкой фракции навозных стоков и осветленной жидкости, а также жидкого навоза осуществляют искусственным или естественным способом. Процесс искусственной биологической очистки осуществляется в аэротенках механическим, пневматическим, гидропневматическим и комбинированным способами аэрации. Однако искусственная биологическая очистка является мероприятием, требующим значительных капитальных вложений и энергозатрат.
Согласно [3] проектирование сооружений искусственной биологической очистки при строительстве свиноводческих комплексов допускается в исключительных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Поэтому биологическую очистку жидкой фракции навозных стоков и жидкого навоза следует осуществлять естественным способом в биологических прудах. Пруды следует устраивать преимущественно на участках со слабо фильтрующими грунтами, и их конструкция должна предусматривать возможность их пери-
одической очистки [5].
Наибольшая эффективность очистки достигается при устройстве системы анаэробно-аэробных многоступенчатых биологических прудов, состоящей из следующих сооружений:
- анаэробный пруд-накопитель жидкой фракции;
- аэробный водорослевый пруд;
- аэробный рачковый пруд;
- аэробный пруд для выращивания сеголеток рыб;
- пруд-накопитель очищенных стоков.
Глубину прудов следует принимать для 1 и
5 ступеней - 3,5-6 м; для 2 ступени - 0,6 м; для 3 ступени - 0,8 м; для 4ступени - 1,0-1,2 м.
Сроки эксплуатации прудов 1 и 5 ступеней -круглогодично; 2-4 ступени - в теплый период года при температуре наружного воздуха более 5-10°С.
Отдельные блоки предлагаемой технологии глубокой переработки жидкого навоза и навозных стоков свиноводческих предприятий прошли широкую производственную проверку. На основе полученных данных определены предельно допустимые концентрации показателей по ступеням очистки (таблица 1).
Из таблицы 1 видно, что при наличии взвешенных веществ в исходном продукте до 20997 мг/л, количество их после I ступени очистки снижается на 19,4 %, после II ступени -на 85,7 %, после III ступени - на 99,3 %, после IV ступени - на 99,7 % и на выходе составляет всего 0,3 мг/л.
По предлагаемой технологии наблюдается полное снижение аммонийного азота и фосфатов. Показатели химической потребности в кислороде и биологической потребности в кислороде после V ступени очистки приблизились к нулю, что значительно увеличивает спектр использования осветленной жидкости без ущерба окружающей среде.
Следовательно, предлагаемая технология глубокой переработки жидкого навоза и навозных стоков свиноводческих предприятий позволяет, в зависимости от требований заказчика, производить твердые и жидкие органические удобрения и получение осветленной жидкости с физико-химическими показателями, обеспечи-
Таблица 1 - Предельно допустимые концентрации показателей по ступеням очистки жидкого навоза
и навозных стоков
Показатели Исходный продукт ступени очистки
I (после механического разделения) II (после напорного флотатора) III (биологическая очистка, коагуляция) IV (сорбция) V (после биопруда)
Кислотность, рН 6,4 6,5 8,0 11,5 8,0 7,5-8,5
Наличие взвешенных веществ, мг/л 20997,0 16934,0 3000,0 148,0 55,0 0,3
ХПК, мг/л 16685,0 16685,0 1225,0 154,0 37,0 1,0
БПК5, мг/л 11170,0 11170,0 1000,0 120,6 29,0 0,3
Азот аммонийный, мг/л 2200,0 2200,0 150,0 15,0 0,5 0,05
Фосфаты, мг/л 300,0 271,0 30,0 6,4 2,0 0,01
16
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
вающими применение ее как для удобрительных поливов, так и для сброса в водоемы без ущерба окружающей среде.
Для определения эффективности предлагаемой технологии требуется технико-эконо-
мическое обоснование как ее отдельных ступеней, так и в комплексе всего технологического процесса с учетом дальнейшего применения твердых и жидких органических удобрений и осветленной жидкости.
Литература:
1. Марченко В. И. Интенсификация анаэробного сбраживания птичьего помета // Техника в сельском хозяйстве. 2011. № 6. С.27-29.
2. Бондаренко А. М. Механико-технологические основы процессов производства и использования высококачественных органических удобрений : монография. Зерноград, 2001. 290 с.
3. РД-АПК 1.10.15.02-08 Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета : утв. 29.04.2008, введен в действие 01.10.2008 / Минсельхоз РФ. М., 2008. 91 с.
4. НТП 17-99 Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета : утв. и введены в действие 01.10. 1999 / Минсельхозпрод РФ. М., 2001.
5. ГОСТ 26074-84 (СТ СЭВ 2705-80) Навоз жидкий. Ветеринарно-санитарные требования к обработке, хранению, транспортированию и использованию : утв. 09.01.84. М. : Изд-во стандартов, 1984.
References:
1. Marchenko V. I. Intensification of anaerobic digestion of poultry manure // Machinery in agriculture. 2011. № 6. P. 27-29.
2. Bondarenko A. M. Mechanical and technological bases of the processes of production and use of high-quality organic fertilizers : monogr. Zernograd, 200l. 290 p.
3. RD-APK 1.10.15.02-08 Guidelines for process design removal systems and preparation for use of manure and litter : утв. 29.04.2008, введен в действие 01.10.2008/Минсельхоз РФ. М., 2008. 91 с.
4. NTP 17-99 Engineering standards removal systems and preparation for use of manure and litter : утв. и введены в действие 01.10. 1999 / Минсельхозпрод РФ. М., 2001.
5. GOST 26074-84 (ST SEV 2705-80) Liquid manure. Animal health requirements for the handling, storage, transportation and use : утв. 09.01.84. М. : Изд-во стандартов, 1984.
