Способ утилизации жидкой фракции животноводческих стоков
METHOD OF RECYCLING LIQUID FRACTION OF LIVESTOCK EFFLUENTS

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и найдет применение при обеззараживании и утилизации жидких животноводческих стоков.
Проблема утилизации отходов сельскохозяйственного производства в России стоит очень остро, поскольку аграрный сектор занимает значительное место в экономике страны и имеется большое количество животноводческих комплексов, а с переводом на бесподстилочное содержание животных с применением систем гидросмыва в большом объеме появились животноводческие стоки, что привело к серьезному обострению проблемы охраны окружающей среды: нитратному и микробному загрязнению почв, воздуха, поверхностных и грунтовых вод. Животноводческие стоки считаются наиболее интенсивными загрязнителями по сравнению с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами. Для крупных хозяйств объем жидких стоков, подлежащих утилизации, составляет от 100 до 1500 куб. м в сутки.
Сложность утилизации жидких стоков животноводческих комплексов состоит в том, что при гидросмыве увеличивается период выживаемости патогенной микрофлоры более чем в три раза. Длительные периоды выживаемости микрофлоры в жидкой фракции животноводческих стоков, зараженных возбудителями заболеваний (кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла, цисты Giardia lamblia, Cryptosporidium и др.) указывают на то, что даже после длительного хранения сохраняется потенциальная опасность инфекции.
Утилизация животноводческих сточных вод рассматривается, прежде всего, как важное природоохранное мероприятие.
Ситуация, когда навозохранилища и ливнесборники заполнены на 80-100%, не оборудованы площадки для хранения навоза, территории ферм занавожены, является типичной для большинства хозяйств. Это приводит к загрязнениям прилежащих рек и озер (в т.ч. которые входят в систему водозабора), грунтовых вод. Ситуация крайне обостряется во время паводка и ливневых дождей, когда уровень рек и грунтовых вод резко поднимается.
Вывоз животноводческих стоков на поля в «чистом» виде приводит к экологическим проблемам, а именно к внесению в почву большого количества болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и вредных химических соединений, а также к накоплению в почве тяжелых металлов. Анализы зеленой массы, полученной на этих полях, показывает, что содержание в ней нитратов завышено и составляет до 883 мг/кг, что делает ее не пригодной для использования.
Навоз влажностью до 90% является полужидким, более 95% - жидким, а свыше 95% - навозные сточные воды. Так же к животноводческим стокам относится жидкая фракция, получаемая после разделения животноводческих стоков.
Известны способы утилизации животноводческих стоков (пат. RU № 2737483, 2726309, 2645573…), в которых для обработки стоков применяют дезинфектанты и антисептики - активный хлор, дефекационную известь, дефекат сахарного производства, обожженный дефекат..
Известен «Улучшенный способ переработки жидкой фракции отходов сельскохозяйственных животных», в котором жидкую фракцию животноводческих стоков испаряют при давлении ниже атмосферного для сохранения азота в отходах (пат РФ № 2742929, МПК А01С 3/00, C05F 3/00, C05G 3/90, опубл. 2019 г., бюл. № 5). Этот способ не дешев и технически сложен в реализации.
Наиболее близким предлагаемому является Способ утилизации жидкой фракции навозных отходов свиноводческих хозяйств (пат. РФ № 2628437, МПК C05F 3/00, C05G 3/00, опубл. 2017 г., бюл. № 23), который включает в себя сепарацию навоза, введение химического реагента в жидкую фракцию навоза, перемешивание смеси. С целью удаления запахов и снижения концентрации загрязняющих веществ органической и неорганической природы в жидкую фракцию вводят водный раствор гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 185 г/л. При этом объем раствора гипохлорита натрия по содержанию активного хлора должен быть эквивалентен сумме концентраций органических компонентов, а именно мочевины, мочевой, и гиппуровой, и других кислот. При этом предварительно концентрацию органических загрязнителей определяют экспериментально аналитическими методами. Затем добавляют угольную кислоту до достижения нейтральной кислотности среды. Добавление угольной кислоты дополнительно приводит к устранению солей жесткости. Смешивают очищенную таким образом сточную воду с речной водой в соотношении 1:10 и осуществляют сброс ее в речной водоем.
Недостатки известного способа заключаются в том, что для обеззараживания жидкой фракции добавляют хлорсодержащее вещество, реагент для снижения кислотности, а очищенный таким образом сток разбавляют водой и сбрасывают в речной водоем. Кроме того, требуется проведение предварительных анализов состава стоков в каждом конкретном случае.
3
Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый способ утилизации жидкой фракции животноводческих стоков, включающий разделение животноводческих стоков на фракции, обеззараживание жидкой фракции и ее утилизацию, в котором после разделения жидкую фракцию отстаивают в лагуне, затем обеззараживают при перемешивании в межэлектродном пространстве при прохождении постоянного тока силой 5 А и напряжении не менее 8 В в течение 1 мин на 1 м жидкой фракции, затем обработанную таким образом жидкую фракцию перемешивают в бункере-смесителе с торфом в соотношении 1:1 по весу и направляют на площадку складирования, где полученную смесь компостируют в течение не менее 30 суток при естественном разогревании под влиянием микробиологических процессов до 50-60°, после чего полученное таким образом экологически безопасное удобрение вносят непосредственно на поверхность поля.
Новый технический результат от применения предложенного способа заключается в том, что способ является экологически безопасным, поскольку обеззараживание жидкой фракции в нем осуществляют практически в три стадии: 1-я-отстаивание в лагуне, 2-я - обеззараживание током в межэлектродном пространстве, и 3-я - компостирование в смеси с торфом. В результате без внесения каких-либо химикатов получают экологически безопасное удобрение, которое можно вносить непосредственно на поверхность поля.
Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема - последовательность операций способа, на фиг.2 - схема узла обеззараживания жидкой фракции животноводческих стоков.
Предлагаемый способ утилизации жидкой фракции животноводческих стоков осуществляют следующим образом:
3
Первоначально животноводческие стоки разделяют на жидкую и твердую фракции. Жидкую фракцию подают в лагуну. В результате ее экспозиции в лагуне происходит снижение содержания болезнетворных микроорганизмов. Это первая стадия обеззараживания жидкой фракции животноводческих стоков. Из лагуны жидкую фракцию насосом закачивают в емкость для обеззараживания электрическим током (фиг. 2) в межэлектродном пространстве. Во время экспозиции в емкости для обеззараживания происходит перемешивание жидкой фракции шнековым смесителем, который является анодом, и который расположен внутри полого цилиндра, являющегося катодом, что обеспечивает равномерность обработки. При прохождении постоянного тока силой 5 А и напряжении не менее 8 В в жидкой фракции происходит разрушение микроорганизмов, и ее насыщение веществами - окислителями и восстановителями. В результате обработки общее микробное число и коли-индекс снижаются в 1000 раз. Время экспозиции оптимально 1 минута для емкости объемом 1 м.
Указанные выше параметры были установлены экспериментальным путем. Опыты проводились в 2020 году на базе свиноводческого хозяйства.
3
Жидкую фракцию из лагуны закачивали в емкость для обеззараживания объемом 1 м и перемешивали при прохождении постоянного тока силой 5 А и напряжении не менее 8 В. Схема емкости отражена на фиг. 2. Полученные данные представлены в таблице 1.
После завершения цикла (вторая стадия обеззараживания) обработанную жидкую фракцию подают в бункер-смеситель, где ее смешивают с торфом стандартной влажностью 50-70%, в соотношении 1:1 по весу. Опытным путем установлено, что при таком соотношении полученная масса оптимальна для складирования. После смешивания полученную смесь транспортируют на площадку складирования, которая оборудована противофильтрационным экраном. На площадке складирования происходит процесс компостирования смеси в течение не менее 30 суток.
Торф имеет высокую пористость (90-95%) и является естественным антисептиком. При компостировании жидкой фракцией животноводческих стоков с торфом обеспечивается активизация биологических процессов, ускоряется разложение торфа с переводом связанного азота в легко усвояемую для растений форму. Торф не содержит болезнетворных для растений микроорганизмов. Компостирование жидкой фракции животноводческих стоков с торфом сокращает потери содержащегося в ней азота. Такие превращения происходят под влиянием микробиологических процессов, в результате которых компостируемая масса разогревается до температуры 50-60°С.
При компостировании с торфом жидкая фракция животноводческих стоков проходит третью стадию обеззараживания, в результате чего получают экологически безопасное удобрение, обеспечивающее возможность внесения его непосредственно на поверхность поля существующими для органических удобрений машинами.
Таким образом, предлагаемый способ утилизации жидкой фракции животноводческих стоков обеспечивает три стадии ее обеззараживания: первая стадия осуществляется в результате экспозиции жидкой фракции животноводческих стоков в лагуне, что снижает содержание болезнетворных микроорганизмов; вторая стадия происходит в узле обеззараживания электрическим током; третья стадия обеззараживания обусловлена антисептическими свойствами торфа и процессом компостирования смеси.
В результате осуществления предлагаемого способа жидкая фракция животноводческих стоков может быть утилизирована непосредственно на поверхности поля в виде экологически безопасного удобрения.