способ подготовки животноводческих сточных вод для сельскохозяйственного использования

Формула изобретения

Способ подготовки сточных вод животноводческих комплексов для сельскохозяйственного использования, включающий последовательное введение щелочного коагулянта и подкисляющего реагента до pH 6,5-8,5 с выделением образующегося осадка, отличающийся тем, что подготовку осуществляют в два этапа в аппаратах вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами при одновременной обработке щелочным коагулянтом до pH 10-11,5 в первом аппарате вихревого слоя с магнитной индукцией 0,1-0,13 Тл и подкисляющим реагентом во втором аппарате вихревого слоя с магнитной индукцией 0,17-0,25 Тл, при этом в качестве щелочного коагулянта используют 10% суспензию шлама карбида кальция в количестве 0,5-2,0 г/дм ³ или 10% известковое молоко в количестве 0,1-1,0 г/дм ³, а в качестве подкисляющего реагента используют смесь суспензии дигидрата сульфата кальция с ортофосфорной кислотой в соотношении 500:1 в количестве 6,0-15,0 г/дм³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к утилизации сточных вод, образующихся на животноводческих комплексах и фермах, и может быть использовано в сельском хозяйстве для подготовки жидких отходов животноводческих комплексов и ферм для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий.

Известен способ [2243170, C02F 1/52, 1/58 // C02F 103:20] подготовки сточных вод для сельскохозяйственного использования, включающий введение щелочного коагулянта (суспензии шлама карбида кальция или смеси известкового молока с суспензией шлама карбида кальция) до pH 10-12, а затем подкислением суспензиями простого (или двойного) суперфосфата до pH 6.5-8.5. После полуторачасового отстаивания смесь разделяется на прозрачную жидкую фракцию и осадок, содержащий нерастворимые частицы шлама карбида кальция и суперфосфата и являющийся органоминеральным удобрением.

Недостатками этого способа являются: дороговизна минерального удобрения - суперфосфата; применяемые дозы простого или двойного суперфосфата определяют высокую стоимость реагентной обработки; повышенное содержание ионов тяжелых металлов; трудоемкость подготовки к использованию суперфосфата, необходимость измельчения гранул перед использованием; не происходит обеззараживание сточных вод.

Наиболее близким аналогом является способ [1231004, C02F 1/58, C05F 7/00, 15.05.86. Бюл. № 18] подготовки сточных вод для сельскохозяйственного использования, включающий введение щелочного коагулянта - 10%-ного известкового молока, до pH 9-11, затем подкисление 10%-ной суспензией простого суперфосфата до pH 6,0-8,5. После двухчасового отстаивания смесь разделяется на прозрачную жидкую фракцию и осадок, содержащий нерастворившиеся частицы извести и суперфосфата, являющийся органоминеральным удобрением.

Недостатками этого способа являются: дороговизна простого суперфосфата, используемого для приготовления кислого реагента; применяемые дозы простого суперфосфата определяют высокую стоимость реагентной обработки; трудоемкость подготовки к использованию простого суперфосфата, обусловленная необходимостью измельчения реагента; длительность процесса отстаивания смеси; отсутствие эффекта обеззараживания. Перечисленные недостатки ограничивают широкое использование жидкой фракции и осадка на земледельческих полях орошения.

Изобретение направлено на снижение стоимости подготовки сточных вод животноводческих хозяйств для сельскохозяйственного использования, уменьшение потребления реагентов за счет повышения их активности, достижение полного обеззараживающего эффекта в аппарате вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами, обеспечение достижения эффекта дезодорации, который позволит снизить загрязнение атмосферы H₂S, NO₂, NO, NH₃, метилмеркаптаном, уменьшить размеры санитарно-защитных полей, тем самым расширить диапазон применения сточных вод.

Поставленная задача достигается тем, что в способе подготовки животноводческих сточных вод путем их фракционирования с помощью суспензий щелочных коагулянтов и подкисляющего реагента, при одновременной обработке в аппарате вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами, с последующим выделением обеззараженного осадка в процессе тонкослойного отстаивания, согласно предлагаемому техническому решению сточная вода подвергается воздействию вихревого поля с подвижными ферромагнитными частицами. В первый аппарат (при величине магнитной индукции 0,1-0,13 Тл) вводится один из щелочных коагулянтов (шлам карбида кальция или известковое молоко в количестве по действующему веществу CaO, г/дм³: 0,5-2,0 и, соответственно, 0,1-1,0), время обработки составляет 30-120 с, при этом достигает значений pH 10-11,5. На этом этапе происходит первичное обеззараживание. После чего сточная вода с коагулянтом подается на второй аппарат вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами (при величине магнитной индукции 0,17-0,25 Тл), куда одновременно вводится подкисляющий реагент (смесь суспензии дигидрата сульфата кальция с ортофосфорной кислотой в соотношении по объему 500:1 в количестве (по действующему веществу P₂O₅) 6,0-15,0 г/дм³) с достижением pH 6,5-8,5, время обработки составляет 30-120 с. Здесь происходит окончательное полное обеззараживание сточных вод животноводческих хозяйств. Создаваемая индукция вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами позволяет ускорить процессы фракционирования и отстаивания при сокращении потребления реагентов с достижением обеззараживающего эффекта сточных вод животноводческих хозяйств.

Технология подготовки включает двухэтапную обработку сточных вод животноводческих хозяйств в аппаратах вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами. На первом этапе в аппарат водится один из щелочных коагулянтов с достижением требуемых значений pH 10-11,5. На этом этапе происходит первичное обеззараживание. После чего сточная вода с коагулянтом подается на второй аппарат вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами, куда одновременно вводится один из подкисляющих реагентов с достижением требуемых значений pH 6,5-8,5. Здесь происходит окончательное полное обеззараживание сточных вод животноводческих хозяйств. Причем время обработки на первом и на втором этапах составляет 30-120 с. После обработки реагентами с участием вихревого поля с подвижными ферромагнитными частицами сточная вода направляется на блок тонкослойного отстаивания. В результате чего получаем обеззараженный осадок - органоминеральное удобрение, который направляется на обезвоживание, и прозрачную жидкую фракцию. На чертеже приведена технологическая схема подготовки сточных вод животноводческих хозяйств для сельскохозяйственного использования. Согласно предлагаемой схеме сточная вода собирается в накопитель (1), после чего накопленная в течение 6 часов сточная вода поступает на измельчитель (2), откуда перекачивается насосом (3) на первый аппарат вихревого слоя (5), куда одновременно будет поступать щелочной коагулянт из емкости-дозатора 1(4). Получаемая смесь щелочного коагулянта и сточной воды далее направляется на второй аппарат вихревого слоя (5), куда одновременно подается подкисляющий реагент из емкости-дозатора 2 (6). Сточная вода, прошедшая реагентную подготовку, поступает на тонкослойный отстойник (7), где происходит ее разделение на жидкую фракцию и осадок. В свою очередь, жидкая фракция направляется на поля (8), а осадок на обезвоживание (9).

Технический результат достигается за счет ферромагнитных частиц, которые под воздействием электромагнитного поля совершают интенсивное перемешивание поступающих в реакционную зону сточных вод и реагентов. Исследования показали, что использование аппаратов вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами не только сокращает потребление реагентов и ускоряет процесс отстаивания, но и способствует обеззараживанию, что упрощает схему подготовки сточных вод животноводческих хозяйств для сельскохозяйственного использования (Логвиненко Д. Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем. "Техника", 1976; Адошев А. Ферромагнитный аппарат для обработки жидкого навоза // Сельский механизатор, 2007, № 6).

Примеры. Осуществление подготовки суточного расхода сточных вод животноводческих хозяйств объемом 400 м ³, полученного после получасового отстаивания

1. По предложенному способу сточная вода животноводческих хозяйств обрабатывается 10%-ной суспензией шлама карбида кальция в количестве на 1 м³ сточной воды 1,5 г/дм³ (по CaO) при одновременной обработке в вихревом поле с индукцией 0,13 Тл, при этом pH доводится до 11. Для снижения pH до 8,5 вводим в смесь суспензии дигидрата сульфата кальция и ортофосфорной кислоты в количестве 7,0 г/дм³ (по P₂O ₅) при одновременной обработке в вихревом поле при величине индукции 0,17 Тл. В результате наблюдается сокращение потребления реагентов и снижение времени отстаивания до 1,15 часа при полном обеззараживании сточных вод от патогенных микроорганизмов (табл.1).

2. По предложенному способу сточная вода животноводческих хозяйств обрабатывается 10%-ной суспензией шлама карбида кальция в количестве на 1 м³ сточной воды 0,8 г/дм³ (по CaO) при одновременной обработке в вихревом поле с индукцией 0,10 Тл, при этом pH доводится до 10,5. Для снижения pH до 6,5 вводим в смесь суспензии дигидрата сульфата кальция и ортофосфорной кислоты в количестве 12,0 г/дм³ (по P₂O ₅) при одновременной обработке в вихревом поле при величине индукции 0,25 Тл. В результате наблюдается сокращение потребления реагентов и снижение времени отстаивания до 1,1 часа при полном обеззараживании сточных вод от патогенных микроорганизмов (табл.2).

3. По предложенному способу сточная вода животноводческих хозяйств обрабатывается 10%-ным известковым молоком в количестве на 1 м³ сточной воды 0,75 г/дм³ (по CaO) при одновременной обработке в вихревом поле с индукцией 0,10 Тл, при этом pH доводится до 11. Для снижения pH до 8,5 вводим в смесь суспензии дигидрата сульфата кальция и ортофосфорной кислоты в количестве 7,0 г/дм³ (по P₂O ₅) при одновременной обработке в вихревом поле при величине индукции 0,25 Тл. В результате наблюдается сокращение потребления реагентов и снижение времени отстаивания до 1,15 часа при полном обеззараживании сточных вод от патогенных микроорганизмов (табл.3).

4. По предложенному способу сточная вода животноводческих хозяйств обрабатывается 10%-ным известковым молоком в количестве на 1 м³ сточной воды 0,45 г/дм³ (по CaO) при одновременной обработке в вихревом поле с индукцией 0,13 Тл, при этом pH доводится до 10,5. Для снижения pH до 6,5 вводим в смесь суспензии дигидрата сульфата кальция и ортофосфорной кислоты в количестве 12,0 г/дм³

(по P₂O₅) при одновременной обработке в вихревом поле при величине индукции 0,17 Тл. В результате наблюдается сокращение потребления реагентов 10% и снижение времени отстаивания до 1,1 часа при полном обеззараживании сточных вод от патогенных микроорганизмов (табл.4).

Таблица 1
Результаты определения физико-химических, санитарных показателей и содержания биогенных элементов в исходных сточных водах животноводческих хозяйств и после их обработки предложенным способом
Показатели	Жидкая фаза	Твердая фаза
До обработки	После обработки	До обработки	После обработки
pH	7,2	8,4	7,3	8,5
Влажность, %	95,0	100,0	96,5	90,1
Азот общий, мг/дм3	600,0	240,0	200,0	300,0
P 2O5, мг/дм3	700,0	340,0	300,0	950,0
K 2O, мг/дм3	300,0	80,0	300,0	600,0
Общее микробное число в 1 мл	4*10 6	отсутствуют	1,5*107	Отсутствуют
Содержание яиц гельминтов, шт/дм3	2*104	следы	4*104	Отсутствуют

Таблица 2
Результаты определения физико-химических, санитарных показателей и содержания биогенных элементов в исходных сточных водах животноводческих хозяйств и после обработки предложенным способом
Показатели	Жидкая фаза	Твердая фаза
До обработки	После обработки	До обработки	После обработки
pH	7,2	6,5	7,3	6,7
Влажность, %	95,0	100,0	96,5	90,1
Азот общий, мг/дм3	600,0	240,0	200,0	300,0
P 2O5, мг/дм3	700,0	420,0	300,0	980,0
K 2O, мг/дм3	300,0	85,0	300,0	620,0
Общее микробное число в 1 мл	4*10 6	отсутствуют	1,5*107	Отсутствуют
Содержание яиц гельминтов, шт/дм3	2*104	следы	4*104	Отсутствуют

Таблица 3
Результаты определения физико-химических, санитарных показателей и содержания биогенных элементов в исходных сточных водах животноводческих хозяйств и после обработки предложенным способом
Показатели	Жидкая фаза	Твердая фаза
До обработки	После обработки	До обработки	После обработки
pH	7,2	8,5	7,3	8,6
Влажность, %	95,0	100,0	96,5	90,1
Азот общий, мг/дм3	610,0	250,0	207,0	330,0
P 2O5, мг/дм3	700,0	335,0	300,0	940,0
K 2O, мг/дм3	300,0	80,0	300,0	605,0
Общее микробное число в 1 мл	4*10 6	отсутствуют	1,5*107	Отсутствуют
Содержание яиц гельминтов, шт/дм3	2*104	следы	4*104	Отсутствуют

Таблица 4
Результаты определения физико-химических, санитарных показателей и содержания биогенных элементов в исходных сточных водах животноводческих хозяйств и после обработки предложенным способом
Показатели	Жидкая фаза	Твердая фаза
До обработки	После обработки	До обработки	После обработки
pH	7,2	6,5	7,3	6,7
Влажность, %	95,0	100,0	96,5	90,1
Азот общий, мг/дм3	610,0	245,0	205,0	310,0
P 2O5, мг/дм3	700,0	410,0	300,0	960,0
K 2O, мг/дм3	300,0	85,0	300,0	620,0
Общее микробное число, м.т./мл	4*10 6	отсутствуют	1.5*107	Отсутствуют
Содержание яиц гельминтов, шт/дм3	2*104	следы	4*104	Отсутствуют