способ получения удобрений из навоза

Формула изобретения

Способ получения удобрения из навоза, включающий разделение навоза на жидкую и твердую фракции, термофильную аэробную обработку и вторичное глубокое разделение с применением флокулянтов, отличающийся тем, что жидкую фракцию подвергают термофильной обработке до окисления до 40% органических веществ, после чего она смешивается с 5%-ной исходной жидкой фракцией и подвергается обработке в анаэробных условиях методом денитрификации в течение 10 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к способам получения удобрений из навоза для использования в закрытом грунте.

Известен способ получения удобрений из стоков животноводческих помещений (патент РФ № 2093981, кл. А01G 31/00), включающий подачу в растильные ванны жидких животноводческих стоков, предварительно подготовленных путем отделения твердой фракции, биологической и термической обработкой жидкой фракции, а также возвратных неиспользованных растениями стоков. Термическую обработку осуществляют перед биологической, а биологическую обработку как вновь поступивших, так и возвратных стоков, неиспользованных растениями, осуществляют в резервуаре гидропоникума.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость разбавления жидкой фракции стоками, что увеличивает выход питательного раствора и требует дополнительных дорогостоящих площадей для его утилизации;

- необходимость наличия в технологии энергоемкого узла обеззараживания на пароструйной установке повышенного давления и высокой температуры;

- сезонное использование способа, так как в летний период используется дешевый полевой зеленый корм. Это приводит к накоплению сточных вод и неизбежному загрязнению окружающей среды.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ, где используется жидкая фракция навоза, полученная после механического разделения с последующей биологической обработкой в аэротанках при температуре 53-56°С. Биологическая обработка жидкой фракции при таких условиях в высокотемпературных аэротенках (термотенках) в течение 30-40 часов обеспечивает получение обеззараженной, незагнивающей, не имеющей запаха, богатой питательными и органическими веществами жидкости в легкоусвояемых растениями формах, пригодной для тепличного выращивания растительной продукции без ее заражения болезнетворными микроорганизмами (сб. науч. трудов НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР «Способы и средства механизации и автоматизации работ и процессов на животноводческих фермах и комплексах в Нечерноземной зоне РСФСР», № 43 Л-д 1984, с.83-86).

Создание в термотенке термофильного состава активного ила при температуре 53-56°С по заключению кафедры микробиологии и вирусологии Ленинградского ветеринарного института обеспечивает получение жидкости, не содержащей болезнетворных микроорганизмов.

Недостатки:

1) полученная жидкая фракция имеет повышенное содержание избыточного активного ила, образующегося при термофильной биологической обработке, и других органических взвешенных и коллоидных частиц, способных к дальнейшему окислению;

2) нестабильный агрохимический состав вследствие неполного окисления органических веществ.

Задача изобретения - повышение степени разделения навоза на фракции, накопления активизирующих рост растений веществ и стабилизации агрохимического состава питательного раствора.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения удобрений из навоза, включающем разделение навоза на жидкую и твердую фракции, термофильную аэробную обработку и вторичное глубокое разделение с применением флокулянтов, жидкую фракцию подвергают термофильной обработке до окисления до 40% органических веществ, после чего она смешивается с 5% исходной жидкой фракцией и подвергается обработке в анаэробных условиях методом денитрификации в течение 10 часов.

Новые существенные признаки:

1) жидкую фракцию после разделения навоза подвергают термофильной аэробной обработке до окисления до 40% органических веществ;

2) смешивание обработанной жидкой фракции с 5% исходной жидкой фракцией;

3) обработка смеси в анаэробных условиях методом денитрификации в течение 10 часов.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат.

1. Термофильная аэробная обработка жидкой фракции до окисления до 40% органических веществ, что дает накопление питательных и органических веществ жидкости в легкоусвояемых растениями формах, что видно по результатам проверки получаемой жидкости в полевых опытах (табл.1).

Таблица 1.
Влияние степени разложения органического вещества жидкой фракции навоза КРС на урожайность цветов при выращивании в закрытом грунте
% разложения органических веществ	Урожайность цветов
Высота растений, см (ср. из 75 значений)	Кол-во стеблей, шт./раст. (ср. из 75 значений)	Кол-во цветоносов, шт./раст. (ср. из 75 значений)
Астра
Контроль (без обработки)	6,06	3,1
20	7,64	3,41
30	8,12	3,6
40	8,77	4,0
50	8,50	3,8
Агератум
Контроль (без обработки)	18,94	3,47
20	21,60	3,80
30	23,42	3,96
40	22,32	3,82
50	20,70	3,60
Бархатцы
Контроль (без обработки)	9,20	4,45	1,16
20	9,84	4,63	1,32
30	10,40	4,87	1,46
40	9,80	4,60	1,28
50	9,52	4,34	1,20

2. Смешивание обработанной жидкой фракции с 5% исходной жидкой фракцией, что обеспечивает поступление свежего органического вещества для химического разложения нитратных форм азота, накопленных при аэробной биологической обработке жидкой фракции.

3. Обработка смеси в анаэробных условиях методом денитрификации в течение 10 часов, что обеспечивает в присутствии свежего органического вещества биохимическое разложение нитратных форм азота на азот и углекислый газ и снижение концентрации азота в жидкой фракции до 10 раз.

Высокая эффективность и экономичность такой питательной среды для выращивания растительной продукции в теплицах подтверждена лабораторными исследованиями и опытно-производственной проверкой на установках в совхозе «Ленсоветовский» Ленинградской области и в тепличном хозяйстве учебно-экспериментальной базы Ленинградского государственного Университета им. А.С.Пушкина. Проверка предлагаемого метода подготовки питательного раствора и его применения в теплице на цветах розах и каллах показала, что подкормка цветочных культур раствором на основе подготовленной жидкой фракции навоза крупного скота положительно влияет на рост и развитие цветочных культур, обеспечивая при этом рост сбора цветов розы на 27%, а цветов калл на 15% по сравнению с контролем при расходе жидкости 6,5 л/м² и 5,5 л/м² в сутки (55-65 м³ на 1 гектар теплицы в сутки) соответственно.

На фиг.1 схематично изображена технологическая схема устройства для получения удобрения из навоза.

Устройство состоит из резервуара 1, в котором установлены мешалка 2 и насос 3, через который резервуар 1 соединен с сепаратором 4, первый выход которого через транспортер (на фиг. не показан) связан с площадкой компостирования, а второй выход соединен с промежуточной емкостью 5, выход которой через насос 6 связан с резервуаром 7 термофильной аэробной обработки, к которому подсоединен компрессор 8 и в нижней части установлена мешалка 9. Выход резервуара 7 соединен через промежуточный резервуар 10 с мешалкой 11, насосом 12, динамическим смесителем 13 и башенным смесителем 14 с ленточным сгустителем 15. Узел подготовки флокулянта состоит из бункера со шнековым дозатором сухого флокулянта 16, дозатора воды и резервуара с мешалкой 17, который через насос 18 и станцию разбавления флокулянта 19 соединен с динамическим смесителем 13, установленным на линии подачи жидкой фракции от промежуточного резервуара 10 к ленточному сгустителю 15. Один выход ленточного сгустителя 15 связан с баком промывной воды 20, а через насос 21 - с системой промывки, второй выход ленточного сгустителя 15 связан с промежуточным резервуаром 23, третий выход ленточного сгустителя 15 связан с ленточным пресс-фильтром 22. Один выход ленточного пресс-фильтра 22 через транспортер (на фиг. не показан) связан с площадкой компостирования, второй выход ленточного пресс-фильтра 22 связан с промежуточным резервуаром 23, в котором установлены мешалка 24 и насос 25. Промежуточный резервуар 23 через насос 25 связан с резервуаром-денитрификатором 26 с мешалкой 27, который связан с отстойником 28. Один выход отстойника 28 связан со сборником очищенной жидкой фракции 29, который связан с теплицей, второй выход отстойника 28 связан с резервуаром избыточного активного ила 30, который через насос 31 связан с резервуаром 7 термофильной аэробной обработки. Компрессор 32 связан с системой продувки ленточного сгустителя 15 и ленточного пресс-фильтра 22. Вентилятор 33 ленточного сгустителя 15 связан с атмосферным воздухом.

Устройство работает средующим образом. Жидкий навоз влажностью 92-93% из фермы поступает в приемный резервуар 1, где с помощью мешалки 2 поддерживается однородное состояние. Далее насосом 3 навоз подается на сепаратор 4 для разделения на твердую и жидкую фракции. Твердая фракция направляется на площадку компостирования с последующим использованием для удобрения полей, жидкая фракция влажностью 96-97% самотеком поступает в промежуточную емкость 5 и далее насосом 6 в резервуар 7 термофильной биологической обработки. В резервуаре 7 термофильной биологической обработки, работающем в термофильном режиме, окисление органического вещества навоза достигает 40-50%, что обеспечивает выделение тепла 24 30 ккал/л. Температура в термотенке 7 устойчиво поддерживается в пределах 53-60°С. Создание в термотенке термофильного состава активного ила при температуре 53-56°С по заключению кафедры микробиологии и вирусологии Ленинградского ветеринарного института обеспечивает получение жидкости, не содержащей болезнетворных микроорганизмов.

Кроме того, в процессе темофильной обработки по мере увеличения степени разложения органического вещества происходит накопление питательных и органических веществ жидкости в легкоусвояемых растениями формах, что видно по результатам проверки получаемой жидкости в полевых опытах (табл.1).

Термофильно обработанная жидкая фракция далее поступает в промежуточную емкость 10, откуда насосом подается через башенный смеситель 14 на ленточный сгуститель (гравитационный стол) 15. Для повышения эффективности выделения сухих веществ в жидкую фракцию перед вторичным разделением вводится водный раствор высокомолекулярного полиэлектролита-флокулянта из расчета 3,0-4,0 кг сухого порошка на 1 т сухих веществ раствора флокулянта. Раствор готовится в специальном устройстве. Сухой порошок флокулянта засыпается в бункер 16, который, например, шнековым дозатором (на фиг. не показан) подается в смесительный бак 17, туда же подается водопроводная вода. В смесительном баке 17 готовится раствор флокулянта с концентрацией 0,5%. После выдерживания приготовленного раствора при постоянном перемешивании в течение времени затворения, рекомендованного производителем реагента (обычно 40-60 минут), можно использовать готовый раствор в технологии.

Приготовленный раствор посредством насоса-дозатора 18 подается на станцию точного разбавления 19 для получения рабочей концентрации от 0,5% до 0,2% и подается на смешивание с жидкой фракцией навоза с помощью динамического смесителя 13. С целью сокращения расхода водопроводной воды концентрированный раствор флокулянта доводится до рабочей концентрации 0,05-0,2% путем использования осветленной воды после ее отделения на ленточном сгустителе 15, которая подается насосом 21 из бака промывной воды 20 на станцию разбавления флокулянта 19. Насосом 21 из бака промывной воды 20 периодически жидкая фракция подается также в систему промывки ленточного сгустителя 15 и ленточнго пресс-фильтра.

Далее жидкая фракция навоза в смеси с флокулянтом через башенный смеситель 14, применяемый для «созревания» флокул смеси жидкой фракции и флокулянта, направляется на ленточный сгуститель (гравитационный стол) 15 для непрерывного ее сгущения перед окончательным обезвоживанием на ленточном фильтр-прессе 22. После ленточного сгустителя 15 предварительно сгущенная фракция влажностью 88-90% направляется на ленточнй фильтр-пресс 22, а наиболее чистая осветленная вода направляется в бак промывной воды 20, остальная часть - в промежуточный резервуар 23. Промывная вода используется на приготовление рабочего раствора флокулянта и для промывки лент ленточного сгустителя 15 и ленточнго пресс-фильтра 22. Периодическая очистка лент проводится дополнительно методом продувки сжатым воздухом от компрессора 32. Загрязненый воздух, образующийся в процессе обработки жидкой фракции на ленточном сгустителе 15, удаляется в атмосферу вентилятором 33.

После обработки на фильтр-прессе твердая фракция влажностью 68-70% направляется на площадку компостирования, а осветленная вода направляется в промежуточный резервуар 23. Характеристика полученной осветленной воды представлена в табл.2.

Таблица 2.
Показатели жидкой фракции навоза КРС в процессе обработки
Показатели	Исходный навоз	Показатели жидкой фракции в процессе обработки после
Механического разделения	Термофильной обработки и физико-химического разделения на ленточном фильтр-прессе
Сухое вещество, г/л	70-80	28-30	3.6-4.3
Взвешенные вещества, г/л	20-30	6-9	1.5-1.8
рН	6.0-7.5	6.0-7.5	6.5-7.5
Питательные вещества, мг/л
Nобщ	2400-2800	1200-1400	1000-1200
NH4	1600-2000	1200-1600	300-400
NO 3	следы	200-400	300-600
NO 2	200-300	200-300	50-150
P 2O5	1200-1600	600-800	400-500
K2O	1000-1400	800-1000	600-800
CaO	1200-1500	800-1000	400-600
MgO	6900-800	300-400	200-250

С этой целью осветленная вода из промежуточной емкости 23, оборудованной мешалкой 24, насосом 25 перекачивается в резервуар-денитрификатор 26, оборудованный мешалкой 27, в этот же резервуар подается жидкая фракция навоза насосом 6 из промежуточной емкости 5 после разделения навоза на сепараторе 4 в объеме 5% от поступающей осветленной воды. Осветленная вода и жидкая фракция навоза подаются дозированно исходя из непрерывной обработки в денитрификаторе 26 в течение 10 часов (табл.3). Такой режим обработки обеспечивает стабилбное поддержание состава раствора в течение времени (до 10 суток), достаточного для использования раствора по назначению. При этом нитратные формы азота при наличии свежего органического вещества жидкой фракции навоза распадаются на элементарные элементы - азот и углекислый газ и улетучиваются в атмосферу. Для отделения взвешенных веществ из осветленной воды после денитрификатора 26 она поступает в отстойник 28, освободившись от взвешенных веществ, направляется в сборник питательного расствора 29.

Таблица 3.
Режим стабилизации свойств субстрата
% исходной жидкой фракции	Продолжительность выдержки в анаэробных условиях, ч	Длительность поддержания стабильности свойств, сут
Контроль	240	25-30
3%	48	15-20
5%	10	8-10
7%	8	8-10
10%	20	12-15

Осветленная вода, отвечающая требованиям питательного раствора (табл.4), после агрохимического контроля состава по мере необходимости используется в теплице для удобрительного полива растений. Отделенные взвешенные вещества из отстойника 28 направляются в резервуар осадка 30 и насосом 31 возвращаются в резервуар 9 термофильной биологической обрвботки для повторной обработки.

Таблица 4.
Показатели питательных растворов
Показатели	Показатели питательного раствора
на основе навоза	стандартный раствор
Сухое вещество, г/л	0.3-0.5	0.3-0.5
Взвешенные вещества, г/л	0.1-0.2	-
pH	7.0-7.5	7.0-7.5
Питательные вещества, мг/л
N общ	150-220	140-180
NH4	следы	-
NO3	следы	-
NO2	следы	-
P2O5	120-150	40-75
K2 O	210-340	190-220
CaO	50-80	120-165
MgO	20-45	100-150