CS210285B1 - Způsob zpracování odpadních vod z (živočišné velkoprodukce a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce a tomuto způsobu odpovídajícího zařízení. Způsobem podle vynálezu se zpracovávají výkaly a oplachové vody z velkovýkrmen prasat, při němž se zpracovává kapalný podíl výkalů a jako hlavní produkt se přitom získává bílkovinný koncentrát. Tento koncentrát představuje hodnotnou zkrmovatelnou hmotu, která může být využita jako přísada do krmných směsí, připravovaných zejména pro monogastrická zvířata. Kromě tohoto produktu vznikají rovněž produkty vedlejší, které mohou být použity ke kompostování. Uvedený způsob je charakterizován tím, že se surové výkaly spolu s oplachovýml vodami podrobí mechanické separaci, při níž se oddělí pevné podíly, odvádějící se k dalšímu použití, a kapalná část se odpařováním, provázeným stripováním zapáchajících těkavých látek, zahustí na určitou koncentraci. Zahuštěný koncentrát se potom přímo nebo po dosušení použije do krmných směsí. Zařízení, ve kterém probíhá uvedený způsob, se skládá ze separačního zařízení a z vícestupňové odpařovací stanice, napojené na linku pro transport bílkovinného produktu.

Description

Předmětem vynálezu je způsob a zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce, zejména výkalů a oplachových vod z velkovýkrmen prasat, při němž se zpracovává kapalný podíl výkalů a jako hlavní produkt se přitom získává bílkovinný koncentrát, jakož i zařízení k provádění tohoto způsobu. Tento koncentrát představuje hodnotnou zkrmovatelnou hmotu, která může být využita jako přísada do krmných směsí připravovaných zejména pro monogastrická zvířata, např. brojlery a nosnice, anebo pro ryby, které jsou určeny pro zpracování do krmných směsí. Jako vedlejší produkt se odděluje sypká pevná hmota, která může být s výhodou použita ke kompostování jako hnojivo anebo po dosušení spálena a zkondenzovaná brýdová pára o čistotě umožňující její opětovné použití pro technologické účely ve velkovýkrmně, popř. vypuštění do vodoteče po předcházejícím dočištění.

Je všeobecně známo, že živočišná velkovýroba, zejména velkokapacitní produkce prasat přináší s sebou v celosvětovém měřítku řadu specifických problémů. Otázka ekonomické likvidace velkého objemu odpadních vod bez škodlivého účinku na životní prostředí, úrodnost půdy a čistotu vodních toků patří k nejpalčivějším z nich. Odpadní vody z velkovýkrmen prasat představují v podstatě tekutý substrát zředěných exkrementů, které v závislosti na technologii ustájení obsahují cca 1—4% hmot. sušiny. V tomto substrátu je obsažena řada látek, které na jedné straně znemožňují přímé vypouštění exkrementů do vodních toků nebo jejich déle trvající skladování a na druhé straně mohou být zdrojem pro tvorbu hodnotného bílkovinného produktu. K těmto látkám patří zejména nedostatečně využité základní živiny a jejich rozkladné produkty.

V minulosti převládaly při zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce převážně inženýrské aspekty a jen velmi málo úsilí a pozornosti bylo věnováno jejich mikrobiálnímu zpracování a zhodnocení, třebaže na druhé straně, zejména v poslední době a především u monogastrických zvířat, se pociťuje vážný nedostatek bílkovin pro krmivovou základnu. Tento nedostatek vyvolal posléze snahu po zajištění netradičních zdrojů bílkovin a stal se tak podnětem ke zvýšenému úsilí o zkoumání možnosti zpracování exkrementů jako doplňkové složky krmných směsí hospodářských zvířat. Toto úsilí bylo — kromě jiného — motivováno i skutečností, že v přírodě je koprofagie zcela běžným jevem zejména u ptáků, kteří nemají přístup k živočišné bílkovině a jedině tímto způsobem mohou naturovat svou potřebu vitamínu B 12.

Dosud známé způsoby zpracování živočišných exkrementů je možno obecně roztřídit do 3 skupin:

— na procesy založené na využití mechanické cesty v kombinaci s případným tepelným zpracováním exkrementů, — procesy založené na biologickém zpracování exkrementů a — procesy kombinované.

Způsob zpracování odpadních vod z živočišné velkovýroby, zejména odpadních a oplachových vod z velkovýkrmen prasat, podle vynálezu je možno zařadit do prvé skupiny zpracovatelských procesů, tj. procesů využívajících pro zpracování výkalů mechanické cesty, kombinované popřípadě s tepelným' zpracováním výkalů nebo jejich pevné složky. Obecně do této skupiny patří především pochody, které spočívají v prosté separaci pevných podílů, jež jsou pak kompostovány nebo zužitkovány jako hnojivo, zatímco odseparovaný kapalný podíl se po dočištění v klasických čistírnách bez pokusu o zužitkování v něm obsažených látek vypouští do vodních toků. Pouze v experimentálním měřítku hýla ověřována možnost zkrmování pevných podílů po jejich předchozím vysušení.

Do skupiny mechanických postupů, jejichž účelem byla dosud prostá likvidace zředěných výkalů bez nároku na možné opětovné zužitkování v nich obsažených biologicky cenných látek, patří rovněž postup, při němž se odseparované tuhé části spalují a popel se využije ik různým účelům, s výhodou opět jako hnojivo. Patří sem kromě toho také procesy založené na prostém vysušení nebo částečném vysušení a spálení 'neseparovaných tekutých výkalů. Do této poslední skupiny zpracovatelských procesů patří např. i postup, při němž se' výkaly bez jakéhokoliv předchozího upravování přímo suší v bubnových sušicích zařízeních, v nichž se jako sušicí médium používají spaliny z olejových nebo naftových hořáků. Vystupující suchá hmota je pak využita buď jako méněhodnotné krmivo, anebo jako vysoce hodnotné hnojivo. Při využití suchého produktu jako krmivá je však nutno počítat s tím, že se sušený produkt během sušicího procesu dostává do styku se sušicím médiem a je proto znehodnocen, neboť některé nežádoucí látky se ze spalin dostávají do produktu.

Pro dokreslení přehledu o nebiologických zpracovatelských postupech je možno uvést i zvláštní skupinu vysoce náročného způsobu zpracování výkalů konverzí na topný olej nebo syntezní plyn. Tento proces, který ovšem nemá význam krmivářský, představuje pouze jeden z pokusů o ekonomickou likvidaci exkrementů z živočišné velkoprodukce. Proces je založen na reakci exkrementů, resp. jejich celulózové složky s kysličníkem uhelnatým a vodou za teplot 300— —400 °C a tlaku 21—28 MPa. Pro zvýšení stupně konverze se používají různé katalyzátory.

Účelem způsobu zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce, zejména vý3 kalů a oplachových vod z velkovýkrmen prasat podle vynálezu, je získání zkrmovatelné bílkovinné hmoty za podmínek ekonomicky výhodnějších než u postupů dosud užívaných. Dosahuje se toho tím, že se surové výkaly spolu s oplachovými vodami po ipřípadné homogenizaci podrobí mechanické separaci, ipři níž se oddělí pevné podíly o velikosti nad 0,5-1,0 mm. Ty se odvádějí potom dále k dalšímu použití, např. komtpostování. Kapalná část výkalů se odpařováním, provázeným stripováním zapáchajících těkavých látek, zahustí na koncentraci 15—65% hmot. Takto zahuštěný koncentrát se potom buď přímo, nebo po dosušení použije přímo do krmných směsí, zatímco kondenzát z brýdových par se jako technologická voda vrací do stájí, popřípadě se využije jako zálivka v zahradnických nebo zelinářských provozech, anebo se po následném dočištění vypouští do vodotečí.

Hlavní rozdíly způsobu zpracování odpadních vod z živočišné velkovýroby podle vynálezu ve srovnání š dosavadními postupy, založenými na mechanickém způsobu zpracování exkrementů, spočívají tedy v tom, že zatímco u dřívějších postupů se sledovala především otázka prosté likvidace výkalů a pouze v omezeném měřítku se zkoumala možnost zkrmpvání oddělené pevné fáze, pří postupu podle vynálezu se pro získání hodnotné bílkovinné hmoty zpracovává kapalná složka separovaných výkalů, ve které jsou cenné látky rozpuštěny nebo rozptýleny v koloidní formě. Drobné částice do velikosti 1,0 mm nejsou v kapalné složce na závadu. Tekutá fáze je přitom zpracovávána komplexně na bílkovinný koncentrát a brýdový kondenzát, který je možno využít jako technologickou vodu přímo ve výkrmně pro výplach stájí anebo pro smísení s čerstvou vodou jako napájecí vodu. Získaný bílkovinný koncentrát je co do obsahu živin srovnatelný např. s vojtěškou nebo jinými komponentami, které se dávají jako přísady do krmných směsí.

Další podstatný rozdíl ve způsobu zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce podle vynálezu ve srovnání s dosud známými zpracovatelskými postupy spočívá v odlišném způsobu tepelného zpracování výkalů: zpracovává se kapalný podíl Výkalů, z něhož byly odseparovány hrubé částice o velikosti nad 0,5--1,0 mm, což umožňuje, aby byl kapalný podíl v první fázi zakomcentrován v odpářovací stanici, při čemž brýdové páry stripují některé ze složek mastných kyselin obsažených ve výkalech, jež se podílejí na nepříjemném zápachu výkalů. Odstranění těchto složek z výkalů touto cestou je výhodné. Zakoncentrovaný produkt je použitelný buď přímo v kapalném stavu (koncentrace 15—25% hmot. sušiny), nebo v pastovitém stavu (25—65%), popřípadě dosušený nad 85% hmot. sušiny. Dosušení koncentrátu nad 65% hmot. sušiny se v druhé fázi tepelného zpracování kapalného podílu provádí na sušicích zařízeních¹ obvyklého typu, a to buď ve formě čistého koncentrátu, anebo ve formě premixu. Výhodnou složkou pro tvorbu premixu jsou sušfené traviny nebo drcené obiloviny, které usnadňují difúzi vody k sušenému povrchu a jsou schopny již v množství 15 % obj. podstatně zlepšit průběh sušicího procesu.

; Zařazením odpařování do procesu tepelného zpracování výkalů se současně dosáhne výhodnější energetické bilance procesu, neboť odpářovací stanice mají v průměru 2—2,5 X menší spotřebu páry ,na 1 kg odpařené vody než běžné sušárny.

^: Další výhodou vyplývající ze zařazení odpařovacího procesu do procesu zpracování sjúrových výkalů je skutečnost, že zpracovávaný materiál je v odpářovací stanici Uzavřen vůči atmosféře a přichází s ní do styku až po ochlazení, kdy jsou těkavé složky již pohlceny v destilátu, takže vznikají pouze zanedbatelné exhalace.

, Zařízení k provádění Uvedeného způsobu sje skládá ze separačního zařízení, které je přímo anebo přes mezizásobník napojeno pa jednu nebo několik shromažďovacích jímek, umístěných pod stájemi velkovýkrmny, á dále z vícestupňové odpářovací stanice. Pracovní prostor prvního stupně odpářovací stanice je přes studenou větev koindenzátoru brýdových par napojen na výstup kapalného podílu ze separačního zařízení, zatímco pracovní prostor posledního stupně odpářovací stanice je napojen přímo anebo přes sušárnu na linku pro transport bílkovinného produktu. Pracovní prostory všech stupňů odpařovací stanice jsou přes horkou větev prvního kondenzátoru spojeny společně nebo odděleně s mezlzásobníkem kondenzátoru brýdových par, který je opatřen jednak potrubím pro recirkulací kondenzátu do stájí, jednak odvodem kondenzátu na dočištění. : Pro účely mechanické separace je nejvhodnější spádové nebo vibrační síto, jež jé nenáročné na údržbu i obsluhu. Stejně dobře však může být použita i odstředivka rtebo usazovací nádrž. Volba separačního zařízení se v tomto případě řídí spíše způsobem dopravy a využití oddělení hrubších pevných podílů než vlastní zpracovatelskou technologií. V zásadě je třeba respektovat pouze skutečnost, že není žádoucí ostré dělení kapalné části výkalů od pevné fáze, peboť na rozdíl od většiny užívaných technologií, u nichž se pro různé účely využívá odseparovaná pevná část výkalů, zpracovatelský postup podle vynálezu je založen na využití látek se značnou nutriční hodnotou, které jsou obsaženy ve výkalech v roztoku, V koloidní formě nebo ve formě jemné suspenze.

Příkladové provedení zařízení pro zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce podle vynálezu je dále schematicky zfftázorněno na přiloženém výkrese.

: Ve znázorněném uspořádání jsou surové výkaly spolu s oplachovou vodou shromaž4 dovány v jímce 2, umístěné pod stájí nebo halou 1. Výkaly z jedné nebo několika jímek 2 jsou homogenizovány v mezizásobníku 3, který slouží současně k vyrovnání odchylek ve sběru výkalů a jejich odběru pro další zpracování. V mezizásobníku 3 jsou výkaly vedeny do uzlu separace, na separační zařízení 4. V separačním zařízení 4 jsou odděleny hrubé pevné podíly o velikosti 0,5—1,0 mm od kapalné fáze a jemných pevných podílů, jež se v kapalné fázi vyskytují ve formě koloidních částic nebo jemné suspenze.

Oddělený kapalný podíl, z něhož bylo odseparováno cca 15 % obj. hrubších pevných podílů a který obsahuje cca 3% hmot. sušiny, se dále vede přes první kondenzátor 9, v němž je ohříván kondenzačním teplem brýdových par, do prvního stupně 5 třístupňové odpařovací stanice. Odpařdvací stanice je tvořena trubkovými typy aparátů, které umožňují zahušťování do cca 25 % hmot. sušiny. Jednotlivé stupně 5, 6, 7 odpařovací stanice i sušárna 8 jsou přívodním potrubím 16 napojeny na nenaznačený zdroj topné páry.

Brýddvé páry z pracovních prostorů jednotlivých stupňů odpařovací stanice se vedou společně do prvního kondenzátu 9, kde částečně kondenzují a přitom předehřívají kapalný podíl výkalů, vedený ze separačního zařízení 4 do prvního stupně 5 odpařovací stanice. Kondenzát, který se oddělí v prvním kondenzátu 9, odpovídá objemově cca 30 % z celkového množství kondenzátu brýdových piar. Obsahuje hlavní poidíl zapáchajících těkavých složek, tj. vyšších derivátů mastných kyselin, takže je schopen nahradit dusíkaté hnojivo. Pro odvod kondenzátu z prvního kondenzátorů 9 slouží odvodně potrubí 14.

Kondenzát z druhého kondenzátorů 10, který je prakticky již prost zápachu a objemově činí více než 60% celkového objemu kondenzátu brýdových par, se shromažďuje v mezizásobníku 11, odkud se potrubím 12 jako technologická voda recirkuluje do stájí 1. Zde je využit jako horká sterilní oplachová voda pro dezinfekci stájí nebo pro oplach odtokových kanálů, popřípadě může být po smísení s čerstvou vodou použit i jako napájecí voda. Jako napájecí voda může být popřípadě využita i chladicí voda z druhého kondenzátorů 10. Zbytek brýdového kondenzátorů z mezizásobníku 11 může být po dočištění sorpční vypírkou s využitím vhodné zeminy z okolí vypuštěn do vodoteče.

Užití dvojice za sebou zařazených kondenzátorů se jeví jako optimální, neboť takto řešenou parciální kondenzací se kondenzát brýdových par rozdělí vhodně do samostatně využitelných frakcí a zredukují se náklady na čistírenská zařízení. Znázorněné uspořádání, které umožňuje současně předehřev odseparovaného kapalného podílu výkalů vedeného do prvního stupně odpařovací stanice, je v daném případě vzhledem k vlastnostem zpracovávané látky účelnější než alternativní možnost separátní kondenzace brýdových par z jednotlivých stupňů odpařovací stanice.

Výsledný produkt se z posledního stupně 7 odpařovací stanice anebo ze sušárny 8 odvádí transportní linkou 15 do výrobny krmivá. O tom, jak je transportní linka uspořádána, rozhoduje jednak konzistence transportovaného produktu, jednak místní podmínky.

Výsledný bílkovinný produkt, získaný zahuštěním kapalné části výkalů, představuje hmotu bohatou na živiny, obsahující v sušině cca 35—40% hmot. dusíkatých látek, 13 % tuku, 5 % vlákniny a 30 % popela. Rozborem aminokyselin bylo zjištěno, že obsah lysinu činí cca 1,2% hmot., metioninu cca 0,4 % hmot. a glutamiinu cca 2,4 % hmot. ná 100 % sušiny. Takto získanou hmotu je možno použít jako plnohodnotnou náhradu za některé tradiční zdroje bílkovin, např. sušenou vojtěšku, aniž se přitom projeví pokles užitkovosti krmených hospodářských zvířat.

Ve srovnání s pokusy založenými na biologickém zpracování exkrementů není sice výsledný produkt z hlediska nutričního tak hodnotným krmivém jako produkt připravený biologickou kultivací, zpracovatelský postup sám všák je investičně i provozně podstatně levnější.

Claims (7)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob zpracování odpadních vod z živočišné velkovýroby, zejména výkalů a oplaohových vod z velkovýkrmen prasat, vyznačený tím, že surové výkaly spolu s oplachovými vodami se po případné homogenizaci podrobí mechanické separaci, při níž se oddělí pevné podíly o velikosti nad 0,5-1,0 mm, přičemž kapalná část výkalů se odpařováním, provázeným stripováním zapáchajících těkavých složek, zahustí na koncentraci 15—65 % hmot.
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu

   VYNÁLEZU

   1, vyznačené tím, že se skládá ze separačního zařízení (4), které je přímo, popřípadě přes mezizásobník (3) napojeno na jednu nebo několik shromažďo vacích jímek (2), umístěných pod stájemi (1) velkovýkrmny, a dále z vícestupňové odpařovací stanice, kde pracovní prostor prvního stupně (5) odpařovací stanice je přes studenou větev kondenzátorů (9) brýdových par napojen na výstup kapalného podílu ze separačního zařízení (4), zatímco pracovní prostor posledního stup5 mě (7) odpařovací stanice je napojen přímo anebo přes sušárnu (8) na linku (15) pro transport bílkovinného produktu, přičemž pracovní prostory všech stupňů (5, 6, 7] odipařovací stanice jsou přes horkou větev prvního kondenzátoru (10) spojeny společně nebo odděleně s mezizásobníkem (11) kondenzátu brýdových par, který je opatřen jednak potrubím (12) pro recirkulaci kondenzátu do stájí (1), jednak odvodem (13) kondenzátu na dočištění.
3. 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že separační zařízení (4) je provedeno jako spádové nebo vibrační síto.
4. 4. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že separační zařízení (4) je provedeno jako • odstředivka.
5. 5. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že separační zařízení (4) je provedeno jako usazovací nádrž.
6. 6. Zařízení podle bodů 2 až 5, vyznačené tím, že odpařovací stanice je provedena jako cirkulační odparka.
7. 7. Zařízení podle bodů 2 až 6, vyznačené tím, že jednotlivé stupně (5, 6) odpařo; vací stanice jsou provedeny jako trubkové odparky, přičemž poslední stupeň (7) je proveden jako horizontální rotorová odparka.