Устройство для фильтрации свиных стоков
DEVICE FOR FILTERING PIG DRAINS

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод, загрязненных органическими и минеральными включениями, и может быть использовано при очистке стоков животноводческих и свиноводческих ферм.
Большое значение имеет развитие современной системы водоотведения бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений. Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биохимические. Сооружения механической очистки сточных вод предназначены для задержания нерастворенных примесей. К ним относятся решетки, сита, песколовки, отстойники и фильтры различных конструкций. К методам физико-химической очистки производственных сточных вод относятся: реагентная очистка, сорбция, экстракция, эвапорация, дегазация, ионный обмен, озонирование, электрофлотация, хлорирование, электродиализ. Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворенные органические соединения, являющиеся для них источниками питания. К ним относятся поля фильтрации, биологические пруды, аэротенки и биофильтры [Свистунов Ю.А. Водоотведение и очистка сточных вод (часть II) Очистка сточных вод / Курс лекций для студентов специальности «Инженерные системы сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения и водоотведения»: Краснодар: Куб. ГАУ. - 2008. - 133 с].
Известно устройство для очистки сточных вод по патенту SU №854422 (Опубликовано 15.08.1981), которое состоит из бесконечных фильтрующих лент (сеток из нейлона, стальной гибкой проволоки, пенополиуретана), установленных друг над другом на общем ведущем барабане. Подаваемый на фильтрующие ленты сток (жидкий свиной навоз) фильтруется сквозь них, причем на каждой ленте задерживается 1/3 улавливаемых загрязнений (размеры ячеек фильтрующих лент определяются по гранулометрическому составу осадка стока), фильтрат попадает в поддон, откуда отводится по трубопроводу. Осадок, разделенный фильтрующими лентами на слои, движется вместе с ними вокруг ведущего обрезиненного барабана и при сходе с него растаскивается фильтрующими лентами. Недостатком данного изобретения являются техническая сложность установки и ее малая в производственных масштабах производительность.
Известно устройство для разделения стоков SU №927274 (Опубликовано 15.05.1982), содержащее приемную камеру, корпус с прорезями и размещенный внутри него криволинейный фильтрующий элемент, состоящий из секций со средствами изменения угла наклона их к горизонту, сборники твердой и жидкой фракций, средство изменения угла наклона секций к горизонту, расположенное в месте их сочленения, выполненное в виде круглого стержня с фиксирующими гайками на концах, установленное с возможностью перемещения в прорезях корпуса, при этом фильтрующий элемент выполнен из ткани, размещенной на барабанах с возможность ее перемотки. Целесообразно фильтрующий элемент выполнять из капроновой ткани, приемную камеру, корпус и сборники из дерева, покрытого полиэтиленовой пленкой, а корпус снабжать шлангом для промывки ткани, расположенным в нижней его части. Недостатком данного изобретения являются техническая сложность, сложность очистки тканевых элементов, что предполагает полную остановку устройства 1 раз в сутки.
Известно устройство биологической очистки жидкой фракции свиного навоза и навозосодержащих стоков RU №139469 (Опубликовано 20.04.2014), которое содержит первичный отстойник, аэратор, во вторичном отстойнике установлен стояк для откачки ила, секция аэрирования, с установленными в ней аэраторами. Устройство так же содержит два первичных отстойника с датчиками уровня, при этом на входах этих отстойников установлены подающие трубопроводы с электронными задвижками, откачивающие трубопроводы осадка с электронными задвижками, а на вход аэротенка с датчиком уровня установлены: трубопроводы отвода осветленной жидкости с электронными задвижками, как из первичных отстойников, так и трубопровод для подачи активного ила из резервуара с активным илом, оснащенный датчиком уровня, через анализатор илового индекса, выход аэротенка трубопроводом с электронной задвижкой соединен с входом вторичного отстойника, содержащего датчик уровня, в котором также установлен отводящий трубопровод осветленной жидкости с электронной задвижкой, а выход вторичного отстойника трубопроводом с электронной задвижкой соединен с входом резервуара с активным илом через насос. При этом все трубопроводы отвода осветленной жидкости и трубопровод подачи активного ила оснащены насосами. Электронные задвижки, насосы, датчики уровня, анализатор илового индекса и компрессор, взаимодействующие с аэротенком, электрически связаны с блоком управления. Недостатком данной полезной модели является техническая сложность и большие габариты конструкции, что усложняет ее обслуживание, а также энергозатратность.
Таким образом, из уровня техники известны устройства, которые содержат отстойники и/или фильтрующие элементы, которые не решают задачу одновременного получения удобрений.
Следовательно, имеется потребность в усовершенствованной системе переработки жидких отходов животноводства, которая обеспечит получение очищенной воды и утилизацию осадка в качестве удобрения.
Задачей изобретения является создание простого, эффективного, и экологичного устройства для очистки свиных стоков.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание эффективного и экологичного устройства фильтрации свиных стоков, обеспечивающего снижение общей минерализации очищенной воды (содержание сухого остатка), с возможностью дальнейшего использования полученной органоминеральной смеси в качестве удобрения и полученной очищенной воды в замкнутом цикле для гидросмыва, за счет использования гипсосодержащих отходов, например, двуводного цитрогипса, являющегося отходом производства лимонной кислоты.
Следовательно, настоящее изобретение решает одновременно две экологические проблемы: уменьшение воздействия на окружающую среду как сточных вод свиноводческих ферм так и гипсосодержащих отходов химического производства. А также экономию водных ресурсов.
Технический результат достигается предложенным устройством, включающим подающий узел для подачи гипсовой массы, увлажненной до 5-7% содержания влаги, уплотняющий узел, нижнюю транспортерную ленту, которая перемещается по верхней части нижней опоры и верхнюю транспортерную уплотняющую ленту, которая перемещается по нижней части верхней опоры с расстоянием между лентами равным 10 см. Верхняя и нижняя опоры выполнены с внутренней полостью, при этом полость верхней опоры предназначена для поступающих через входной патрубок свиных стоков, предварительно очищенных от крупных фракций, а полость нижней опоры предназначена для сбора очищенной воды. Верхняя и нижняя транспортерные ленты выполнены из сетчатого прочного материала с размером ячеек не более 1,5 мм. Направляющие пластины, зафиксированные к нижней и верхней опорам по бокам транспортерных лент вместе с нижней транспортерной лентой и верхней уплотняющей лентой образуют отсек формирования спрессованного гипсового фильтра, и выполняют функцию исключения расползания и деформации гипсовой массы по бокам транспортерных лент. При этом, одна из сторон подающего узла выполнена с уклоном 60° к горизонту и содержит засыпное отверстие, расположенное над нижней транспортерной лентой на высоте 10 см, т.е. уровне, соответствующем уровню верхней транспортерной уплотняющей ленты.
Уплотняющий узел содержит первичный уплотнительный элемент и толкатель, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль засыпного отверстия подающего узла от начального положения, соответствующего концу, выполненной с уклоном стороны подающего узла, до первичного уплотнительного элемента, который располагают у противоположного конца засыпного отверстия подающего узла, непосредственно около начала верхней уплотняющей ленты, и который выполнен с возможностью удаления после уплотнения толкателем первой порции гипсовой массы, и далее первая спрессованная порция выполняет функцию опоры для прессования следующих порций гипсовой массы, поступающих посредством нижней транспортерной ленты в отсек, образованный нижней транспортерной лентой, верхней уплотняющей лентой и направляющими пластинами, что обеспечивает формирование гипсового фильтра. При этом, длина части верхней уплотняющей ленты, соприкасающейся с формирующимся фильтром меньше длины части нижней транспортерной ленты, соприкасающейся с формирующимся гипсовым фильтром для фильтрации свиных стоков. Выполнение транспортерных лент из сетчатого прочного материала с диаметром ячейки не более 1,5 мм, позволяет жидкой фракции свиных стоков беспрепятственно проходить через верхнюю транспортерную ленту, затем сквозь фильтр из гипсовой ленты, в которой задерживаются твердые фракции. Размер ячеек нижней транспортерной ленты не более 1,5 мм является достаточным для того, чтобы препятствовать просыпанию частичек влажного гипса. В результате очищенная вода поступает через нижнюю транспортерную ленту в выходной патрубок для слива воды и может быть повторно использована для гидросмыва. А гипсовый фильтр, после выхода с установки представляет собой органоминерального смесь, содержащую азот, фосфор, калий, кальций и серу.
Установка показана на фиг. 1, где 1 - нижняя опора; 2 - нижняя транспортерная лента; 3 - направляющие пластины, скрепляющие нижнюю и верхнюю опоры (на фиг. 1 скрыта за направляющей), 4 - верхняя уплотняющая транспортерная лента; 5 - входной патрубок, 6 - выходной патрубок для слива воды, 7 - направляющий поршень, 8 - толкатель, 9 - вал, 10 - подающий узел, 11 - привод, 12 - электрический двигатель,
На фиг. 2 представлен вид разреза А-А, где 13 - гипсовый фильтр, 14 - верхняя опора.
Установка работает следующим образом.
Для получения гипсового фильтра 13 гипсосодержащие отходы с влажностью 5-7% подают в подающий узел 10 и спрессовывают в отсеке, образованном направляющими пластинами 3, зафиксированными к нижней опоре 1 и верхней опоре 14 и смазанными маслом нижней транспортерной лентой 2 и верхней уплотняющей лентой 4. Первую порцию увлажненной гипсовой массы уплотняют с помощью толкателя 8 посредством первичного уплотнительного элемента (на фиг. не показан), который располагают под подающим узлом у начала верхней уплотняющей ленты 4 и убирают в момент возвратного движения толкателя 8, т.к. далее первая спрессованная порция выполняет функцию опоры для прессования следующих порций гипсовой массы. Толкатель 8 приводится в движение посредством электрического двигателя 12 через привод 11, вал 9 и направляющий поршень 7.
Свиные стоки через патрубок 5 поступают во внутреннюю полость верхней опоры 14 и далее через отверстия верхней транспортерной ленты размером не более 1,5 мм на непрерывный гипсовый фильтр 13 толщиной 10 см, который непрерывно движется по конвейеру через отсек, образованный - нижней транспортерной лентой 2, верхней уплотняющей транспортерной лентой 4 и направляющими 3. На выходе из установки за счет смешивания гипса и свиных стоков получается органоминеральная смесь, которая может использоваться для производства органоминерального удобрения. После прохождения отсека органоминеральную смесь ссыпают в специальную емкость, расположенную после нижней транспортерной ленты. Очищенная вода, после прохождения свиных стоков через гипсовый фильтр, поступает во внутреннюю полость нижней опоры 1 и, посредством патрубка 6, на слив воды. Таким образом, цикл становится также водосберегающим.
Скорость движения транспортерной ленты позволяет варьировать степень очистки.
Пример 1.
Скорость движения транспортерной ленты с сформированным гипсовым фильтром 13 толщиной 10 см равна 1 м/мин.
Пример 2.
Скорость движения транспортерной ленты с сформированным гипсовым фильтром 13 толщиной 10 см равна 70 см/мин.
Пример 3.
Скорость движения транспортерной ленты с сформированным гипсовым фильтром 13 толщиной 10 см равна 40 см/мин.
Пример 4.
Для определения эффективности очистки свиных стоков были взяты пробы жидкости до прохождения свиных стоков через фильтр (проба I), при движении гипсового фильтра со скоростью 1 м/мин (проба II), 70 см/мин (проба III), 40 см/мин (проба IV). Затем в каждой пробе было определено содержание сухого остатка вещества в соответствии с методикой ГОСТ 18164-72, ПНД Ф 14.1:2:4.261-10.
3
В свиных стоках содержание NPK (азот-фосфор-калий) составляет 20%. Через 1 тонну гипса прокачивают 50 м свиных стоков. Зная скорость движения конвейера, массу подаваемого гипса, объем прокачиваемых стоков и содержание сухого остатка вещества в пробах, были определены следующие показатели: содержание сухого остатка в очищенной воде и соотношение минеральной и органической составляющей по массе в органоминеральной смеси, полученной по примерам 1-3 (таблица 1).
Результаты определения эффективности очистки свиных стоков
Из таблицы видно, что содержание сухого остатка в очищенной воде по примеру 1 снижается недостаточно эффективно. А по примерам 2 и 3, практически в 10 раз. Наилучший результат достигается при скорости движения транспортерной ленты 40 см/мин.
Таким образом, поставленная задача решена и технический результат по созданию простого, эффективного и экологичного устройства по фильтрации сточных вод свиноводческих ферм, загрязненных органическими и минеральными включениями с одновременным производством органоминеральной смеси, содержащей органическую составляющую, полученную из свиных стоков и минеральную составляющую - из гипсосодержащих отходов, например, из двуводного цитрогипса, являющегося отходом производства лимонной кислоты, достигнут. Также достигнута возможность организации замкнутого цикла за счет использования воды, отфильтрованной в предложенном устройстве.