CS210290B1 - Způsob zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce a zařízení k provádění tohoto zpusobu - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je způsob zpracování odpadních voď z živočišné velkoprodukce, zejména výkalů a oplachových vod z velkovýkrmen prasat, při němž se zpracovává kapalný podíl výkalů a jako hlavní produkt se získává zkirmdvatelný koncenrát, jakož i zařízení k provádění tohoto způsobu. Jako vedlejší produkt se odděluje sypká pevná hmota; použitelná jako hnojivo nebo ke kompostování, a brýdový kondenzát o čistotě umožňující jeho opětovné použití pro technologické účely ve velkovýkrmně, jako tekuté hnojivo pro podpovrchovou zálivku v zahradnických nebo zelinářských provozech anebo jako ředicí voda při tvorbě bioplynu ve vyhnívacím procesu. Přebytečný kondenzát je možno po dočištění na sorpčních filtrech vypouštět do vodních toků.

Kapalná část výkalů se po odseparování hrubších pevných podílů a případném předehřevu a provzdušnění podrobí zkrácené aerobní kultivaci, načež se aerobně zpracovaný substrát zahušťuje na vícestupňové odparce bud¹ pod mez tekutosti, nebo do pastovitého stavů, kdy se použije jako pojivo pro granulaci krmných směsí určených pro prasata nebo skat, anebo se pro účely uskladnění nebo přípravu krmných směsí pro drůbež dosušuje ještě dále v sušárnách. Dosušován může být zahuštěný koncentrát buď přímo, anebo ve směsi s objemovými přísadami krmných směsí, jako vojtěškové moučky nebo slunečnicového nebo sójového šrotu.

Předmětem vynálezu je způsob a zařízení pro zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce, zejména čerstvých výkalů a oplachových vod z velkovýkrmen prasat, při němž se biologicky zpracovává kapalný podíl výkalů a získává se bílkovinný koncentrát, představující hodnotnou zkrmovatelnou hmotu, jakož i zařízení k provádění tohoto způsobu. Tato hmota může být využita jako přísada do krmných směsí připravovaných zejména pro monogastrická zvířata, např. drůbež, prasata anebo i skot atd. Jako vedlejší produkt se odděluje sypká pevná hmota, která může být s výhodou použita ke kompostování, pro tvorbu bioplynu, jako hnojívo anebo po dosušení spálena, a zkondenzovaná brýdová pára o čistotě umožňující její opětovné použití pro technologické účely ve velkovýkrmně, popř. pro vypuštění do vodoteče po předcházejícím dočištění.

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

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

Postuipy zařazené do druhé a třetí skupiny lze obecně rozdělit podle charakteru biologického procesu na postupy pracující s aerobním procesem a postupy založené na anaerobním zpracování výkalů, popř. procesy kombinované.

Systémy, které využívají čistě biologické cesty zpracování exkrementů, mají společnou nevýhodu v tom, že vyžadují velké zdržné doby výkalů v aeračních nádobách pro odbourání BSK 5 do té míry, aby bylo možno výslednou odpadní vodu vypouštět přímo do vodoteče. Dlouhé zdržné doby výkalů v aeračních zařízeních vyžadují současně přiměřeně velké plochy pro čistírenská zařízení. Zkrácené zdržné doby zpracovávaného materiálu v aeračním zařízení je možno dosáhnout pouze za cenu dalšího dočištění, ve většině případů dočištění chemického, založeného na použití nákladných a často i deficitních chemikálií, a vyžadujícího pochopitelně i další přídavná zařízení.

Podobné nevýhody se projevují i u procesů, při nichž je biologický proces kombinován s mechanickým, popř. i tepelným zpracováním výkalů, jak vyplývá z následujících příkladů.

Je znám např. západoněmecký systém WKH, při němž se výkaly ze sběrné jímky podrobí separaci pevných částic, které předcházejí smísení výkalů ve směšovací komoře s dávkovanými koagulanty. Filtrát je dopravován k čisticímu zařízení, kde jsou rozptýlené zbytky pevných částic odstraněny biologicky a flotaci. V dalším stupni čištění dochází k vysrážení solí a k devitalizaci mikroorganismů. Na odtoku má voda hodnotu 20—30 BSK 5, je čirá a neobsahuje živé organismy. Kal se vede na separační zařízení, přičemž odseparovaná pevná fáze se dopravuje do šneku vyhřívaného párou, kde se mísí se suchou hmotou z předchozího cyklu. Výsledná hmota se dosušuje v tQplovzdušné sušárně, vyhřívané párou, při pracovní teplotě cca 100 °C. Páry se odvádějí k vodnímu propírání a nezkondenzovatelné aromatické látky se spalují v hořáku kotle pro výrobu páry. Voda částečně recirkuluje a rovněž u sušení výsledný produkt se zčásti vrací do šneku. Osušek je po hygienické stránce nezávadný, je' pasterizován a uchovává si všechny původní proteiny.

Jiný proces je založen na kombinaci anaerobního a aerobního způsobu zpracování tekutého hnoje, shromažďovaného ve skladovacích jímkách anebo vedeného přímo do vyhnívací jímky s dočištěním odpadní vody pomocí flokulantů a následnou separací tuhé fáze. Při anaerobním zpracování ve vyhnívací jímce se při tom dosahuje 95% čisticího účinku (obsah BSK 5 činí 1.000—2.000 mg/lj. Část anaerobně zpracovaného substrátu přepadá přepadem umístěným uprostřed vyhnívací jímky dále samospádem na aerobní zpracování s účinností procesu 70% (BSK 5 na výstupu z aerobního zpracování činí 300—600 mg/1). Zbytek BSK 5 není možno biologicky dočistit, a proto se používá prostředku na vyvlookování. Zbytky suspenze se odstraňují v dekantačním zařízení. Pro vyčiření vody se dále zařazuje filtr s aktivním uhlím, čímž se získá BSK 5 o průměrné hodnotě 40 mg/L

Uvedené nedostatky v podstatné míře odstraňuje způsob a zařízení pro zpracování odpadních vod z živočišné velkovýroby, zejména čerstvých výkalů a oplachových vod z velkovýkrmen prasat podle vynálezu, který patří do třetí skupiny zpracovatelských postupů, tj. postupů využívajících pro zpracování výkalů biologickou cestu v kombinaci s mechanickými postupy.

Podstata vynálezu, iresp. způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že surové výkaly spolu s oplachovými vodami se po homogenizaci, předehřevu a provzdušnění podrobí mechanické separaci, při níž se oddělí pevné podíly o velikosti nad 0,5—1,0 mm. Ty se potom jako vedlejší produkt odvádějí k dalšímu využití, ke kompostování nebo anaerobnímu zpracování za účelem tvorby kalového plynu apod. Kapalný podíl se po případném dalším předehřevu podrobí zkrácené aerobní kultivaci, načež se aerobně zpracovaný substrát odpařením zahustí na koncentraci 40—65 % hmot. Vzniklé brýdové páry se podrobí parciální kondenzaci, při níž se kondenzát rozdělí na podíl obsahující nejméně 50 % těkavých derivátů mastných kyselin, který lze odvádět jako tekuté hnojivo mimo prostory velkovýroby, a na nejméně jeden další podíl, který obsahuje zbytkové množství mastných kyselin.

Kapalný podíl je podroben aerobní kultivaci, prováděné při teplotách 15—35 °C po doibu 3—5 drní. Je-li aerobní kultivace vedena v oblasti termofiliní, tj. při teplotě 35— —65 °C, dosahuje se přibližně stejného nárůstu bílkovinné hmoty, tj. 35—40%, již za dobu 1—3 dnů.

Dočištění přebytečného kondenzátu před vypuštěním do vodoteče se provádí sorpčním pochodem, např. vypírkou přes vrstvu zeminy.

Způsob podle vynálezu je založen na využití látek, které jsou obsaženy ve výkalech v roztoku, koloidní formě a ve formě jemné suspenze pro tvorbu produktu s vysokou nutriční hodnotou za použití zkrácené aerobní kultivace. Způsob zpracování odpadních vod z živočišné veikoprodukce je zaměřen na výrobu bílkovinného zkrmovatelného produktu z výkalů, při němž není používáno žádných přídavných chemikálií. Zkrácenou fermentaci v mezofilní nebo termofilní oblasti se biologicky zpracují lehce odbouratelné mastné kyseliny a deriváty, které představují převážný zdroj zápachu a umožňují nárůst další buněčné hmoty. Termická separace pevných látek v odpařovací stanici znamená vedle zakoncentrování produktu 1 další odstranění zápachu, které je umožněno stopováním nežádoucích těkavých látek párou při odpařování vody. Odpadní voda, tvořená brýdovým kondenzátem, neobsahuje žádné pevné látky ani rozpuštěné soli. Zpracování jak pevného produktu, tak i odpadní vody za vyšších teplot představuje hygienický stupeň, který vedle fermentace představuje způsob likvidace choroboplodných zárodků.

Zařízení k provádění uvedeného způsobu podle vynálezu se skládá ze separačního zařízení, napojeného přímo nebo přes mezizásobník surových výkalů na jednu nebo více sbromažďovacích jímek, umístěných pod stájemi velkovýroby, a z vícestupňové odpařovací stanice, kde pracovní prostor prvního stupně odpařovací stanice je přes studenou větev kondenzátorů brýdových par napojen na výstup kapalného podílu do separačního zařízení. Pracovní prostor posledního stupně odpařovací stanice je potom napojen přímo anebo přes sušárnu na linku pro transport bílkovinného produktu. Pracovní prostory všech stupňů odpařovací stanice jsou pak přes horkou větev prvního kondenzátorů spojeny společně nebo odděleně s mezizásobníkem kondenzátu brýdových par, opatřeným jednak potrubím pro recirkulaci kondenzátu do stájí, jednak odvodem kondenzátu na dočištění. Toto zařízení je charakterizováno tím, že mezi separační zařízení a první kondenzátor vícestupňové odpařovací stanice je začleněn fermentor, jehož přívodní část je napojena na odvod kapalného podílu ze separačního zařízení a jeho výstupní část je přes studenou větev prvního kondenzátorů napojena pa první stupeň odpařovací stanice. Součástí celého zařízení je i vyhnívací zařízení, které je jednak napojeno na odvod pevné fáze ze separačního zařízení, jednak spojeno i s potrubím pro odvod brýdových par z prvního kondenzátorů.

Pro účely mechanické separace se jako nejvýhodnější jeví spádové nebo vibrační síto, které je nenáročné na obsluhu i údržbu. Stejně dohře však může být použita i odstředivka nebo usazovací nádrž. Volba separačního zařízení se v tomto případě řídí spíše způsobem dopravy a využitím oddělených 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, neboť na rozdíl od většiny užívaných technologií, při nichž se pro zpracování využívá odseparovaná pevná část výkalů, je tento postup založen na využití látek obsažených v kapalném podílu pp separaci v různých formách, při jejichž Zpracování vzniká produkt s vysokou nutriční hodnotou i při zkrácené aerobní kultivaci.

Mezizásobnífc surových výkalů je proveden jako otevřená nádoba, opatřená ohřevem a provzdušňovacím zařízením.

i Odpařovací stanice celého zařízení je provedena tak, že jednotlivé stupně jsou vytvořeny jako trubkové odparky, nejlépe odparky pracující na principu splývajícího filmu, a poslední stupeň jako horizontální rotorová odparka.

První kondenzátor zařízení je opatřen potrubím pro odvod kondenzátu brýdových pár, popř. pro recirkulaci kondenzátu do fermentorů nebo jeho odvod do vyhnívacího zařízení pevného podílu po separaci.

K hlavním výhodám způsobu a zařízení pro zpracování odpadních vod z živočišné velkovýroby podle vynálezu patří kromě již dříve uvedených předností. také příznivá energetická bilance celé jednotky, neboť je použito takových metod termického zpracování, které mají ve srovnání s jinými způsoby, zejména © přímým sušením nezahuštěných fermentorových výkalů, nízké energetické nároky na 1 kg odpařené vody. Další výhodou, která vyplývá ze zařazení odpařovácího procesu do procesu zpracování surových výkalů, je skutečnost, že zpracovávaný substrát je v odpař ovací stanici dokonale 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.

Příkladové provedení zařízení pro zpracování odpadních vod z živočišné velkoprodukce podle vynálezu je dále schematicky znázorněno na připojeném výkresu.

Ve znázorněném uspořádání jsou surové výkaly, tzv. kejda, shromažďovány v jímce

2, umístěné pod stájí nebo halou 1. Vykli4 zení kejdy z bezsteliivových stájí z podrostovými kanály se provádí hydraulicky, přičemž sběrný systém je oplachován technologickou vodou, tj. upravenou odpadní vodou z tepelného zpracování výkalů anebo částí kapalině fáze z mechanické separace surových výkalů.

Surové výkaly z jímky 2 jsou spolu s oplachovými vodami dopravovány do mezizásobníku 3, kde jsou homogenizovány. Mezizásobník 3 slouží současně k vyrovnávání odchylek ve sběru výkalů a jejich odběru pro další zpracování. Obsah mezizásobiníku 3 je mírně aerován, popř. i předehříván. Homogenizované surové výkaly jsou z mezizásobníku 3 vedeny do uzlu separace, na separační zařízení 4. V separačním zařízení 4 jsou hrubé pevné podíly o velikosti částic nad 0,5-1,0 mm odděleny od kapalné fáze a jemných pevných podílů, které se v kapalné fázi vyskytují ve formě koloidních částic' nebo jemné suspenze. Takto se oddělí asi 15—20 % objemu pevných částic.

Oddělený kapalný podíl, který obsahuje 0,5—3 % hmot. sušiny, se bezprostředně po separaci vede do fermentoru 5 k biologickému zpracování. Fermentor 5 je vytvořen jako nádoba s duplikátorovým pláštěm, opatřená aeračním zařízením. Kapalná část výkalů se ve fermentoru 3 podrobí zkrácené aerobní kultivaci, při níž dochází v důsledku biologické aktivity ve výkalech obsažených mikroorganismů a jejich asimilace k odbourání silně páchnoucích složek, tj. mastných kyselin a derivátů těchto kyselin, a k nárůstu buněčné hmoty, tj. bakteriální flóry, čímž se zvýší podíl zkrmovatelných bílkovin v substrátu. Současně probíhá i částečná biologická sterilizace patogenní mikroflóry.

Vyfermentovaný substrát se dále v prvním kondenzátoru 6 předehřeje kondenzačním teplem brýdových par z následného zpracování výkalů na teplotu cca 60—75 °C, načež se vede do dehydratačního uzlu. Dehydratace probíhá ve třístupňové odpařovací stanici, v níž jsou první stupeň 8 i druhý stupeň 9 provedeny jako svislé odparky, zatímco třetí stupeň 10 tvoří horizontální odparka.

Jednotlivé stupně odpařovací stanice 8, 9, 10, jsou napojeny ,na parní zdroj 15, na nějž může být popř. napojena i sušárna 11. Kondenzát topné ipáry se z jednotlivých stupňů odpařovací -stanice 8, 9, 10 odvádí společným sběrným potrubím 19.

Teplo pro odpařovací stanici, popř. i pro sušárnu 11 se získává z odpadního tepla jiných provozů, popř. může být využito částečně i tepelné energie vznikající při tvorbě kalového plynu ve vyhnívacím zařízení 13, v němž je v anaerobním procesu zpracovávána oddělená pevná fáze výkalů z mechanické separace 4, zředěná k tomuto účelu brýdovým kondenzátem z prvního kondenzátoru 6 na sušinu cca 8 % hmot. Pro vytápění sušárny 11 je ovšem možno v závislosti na typu sušárny použít i jiných, tradičních topných nebo sušicích médií, jako horkého vzdučhu, spalin apod.

Výsledný produkt se z posledního stupně 10 odpařovací stanice anebo ze sušárny 11 odvádí transportní linkou 18 do výrobny krmivá. O tom, jak je transportní linka 18 uspořádána, rozhoduje jednak konsistence dopravovaného produktu, jednak místní podmínky.

Pro zlepšení kvality brýdového kondenzátu a dosažení jeho maximální zužitkovatelnosti se brýdové páry z odpařovací stanice podrobí parciální kondenzaci, při níž se podíly obsahující zapáchající složky, především mastné kyseliny a jejich deriváty, maximálně zachytí v prvním kondenzátoru B. Ve znázorněném technologickém schématu se brýdové páry z pracovních prostorů jednotlivých stupňů odpařovací stanice vedou společně do prvního kondenzátoru 6, kde částečně kondenzují a přitom předehřívaijí aerobně zpracovaný substrát, vedený z fermentoru 5 do prvního stupně 8 odpařovací stanice. Kondenzát, který se oddělí v prvním kondenzátoru 6, odpovídá objemově cca 30% z celkového množství kondenzátu brýdových par. Obsahuje hlavní podíl zapáchajících těkavých složek, tj. vyšších derivátů mastných kyselin, takže může být s výhodou využit jako ředicí voda pro vyhnívací zařízení 13.

Kondenzát z druhého kondenzátoru 7, který má minimální zápach a objemově činí více než 60% celkového objemu kondenzátu brýdových par, se shromažďuje v mezizásobníku 12, odkud se z větší části vrací potrubím 16 jako technologická voda do stájí. Zde je využit jáko horká sterilní voda pro desinfekci stájí nebo pro oplach odtokových kanálů, popř. může být po smísení s čerstvou vodou použit jako napájecí voda. Jako napájecí voda může být popř. využita i chladicí voda z druhého kondenzátoru 7. Zbytek brýdového kondenzátu z mezizásobníiku 12 může být po dočištění na sorpčním filtru 14 vypuštěn do vodoteče.

Užití dvojice za sebou řazených kondenzátorů se jeví jako optimální, neboť takto řešenou parciální kondenzací se kondenzát brýdových par účelně rozdělí do více samostatně využitelných frakcí a zredukují se náklady na čistírenská zařízení. Znázorněné uspořádání, které umožňuje i předehřev vyfermentovaného substrátu vedeného do prvního stupně odpařovací stanice, je v daném případě vzhledem k vlastnostem zpracované látky účelnější než alternativní možnost separátní kondenzace brýdových par z jednotlivých stupňů odpařovací stanice.

Počet stupňů odpařovací stanice se obecně volí v závislosti na požadovaném stupni zakoncentrování vyfermentovaného substrátu. Podle stupně aerobního zpracování výkalů je možno přitom na odpařovací stanici získat produkt o sušině 40—60% hmot. Zahuštění kapalného substrátu na spodní hranici koncentrace, tj. na mez tekutosti ane-t ho pod ni se volí obecně v případech, kdy je možno zahuštěné výkaly bezprostředně zamíchat do krmných směsí, což je z hlediska energetického hospodářství a manipulace nejvýhodnější. Při použití zakoncentrovaného produktu v tekuté formě se současně dosáhne i snížení prašnosti a zvýšení vlhkosti krmné směsi. Produkt zahuštěný do pastovité konzistence je naproti tomu použitelný jako pojivo pro granulaci krmných směsí a může tedy nahradit melasu nebo jinou hmotu přidávanou do směsi za účelem spojení pelet. Zahušťování na vyšší koncentraci je pak žádoucí v případech, kde je třeba zakoncentrované výkaly pro účely skladování anebo krmných směsí pro drůbež dosušit dále.

Při procesu dosušování je možno využít přípravy tzv. premixu, který proces dosušení koncentrátu urychlí. Pro přípravu premixu se volí nejlépe objemové látky, které tvoří běžné přísady krmných směsí a které jsou schopny ovlivnit příznivě průběh difúzníph pochodů při sušení. Jsou to např. vojtělková moučka, sójový nebo slunečnicový šrpt apod. Tyto objemové přísady mohou již v malém množství podstatně zlepšit průběh sušicího procesu.

Claims (11)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob zpracování odpadních vod z živočišné velkovýroby, zejména výkalů a oplachových vod z velkovýkrmen prasat, vyznačený tím, že surové výkaly spolu s oplachovými vodami se po homogenizaci předehřevu a provzdušnění podrobí mechanické separaci, při níž se oddělí pevné podíly o velikosti nad 0,5 až 1,0 mm, zatímco kapalný podíl se po případném dalším předehřevu podrobí zkrácené aerobní kultivaci, načež se aerobně zpracovaný substrát odpařením zahustí na koncentraci 40 až 65% hmot., přičemž se brýdové páry podrobí parciální kondenzaci, při níž se kondenzát rozdělí na podíl obsahující nejméně 50% těkavých derivátů mastných kyselin a nejméně jeden další podíl, obsahující zbytkové množství mastných kyselin.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že aerobní kultivace se provádí při teplotách 35 až 65 °C po dobu 1 až 3 dní.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že aerobní kultivace se provádí při teplotách 35 až 65 °G pod dobu 1 až 3 dní.
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že dočištění přebytečného kondenzátu se provádí sorpčním pochodem, např. vypírkou přes vrstvu zeminy.
5. 5. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 4, skládající se ze separačního zařízení, napojeného přímo nebo přes mezlzásobník surových výkalů na jednu nebo více shromaždovacích. jímek, umístěných pod stájemi velkovýrobny, a z vícestupňové odpařovací stanice, kde pracovní prostor prvního stupně odpařovací stanice je přes studenou větev kondenzátoru brýdových par napojen na výstup kapalného podílu ze separačního zařízení, zatímco pracovní prostor posledního stupně odpařovací stanice je napojen přímo anebo přes sušárnu na linku pro transport bílkovinného produktu, přičemž pracovní prostory všech stupňů odpařovací stanice jsou přes horkou větev prvního kondenzátorů spojeny společně nebo odděleně s mezizásobníkem kondenzátu brýdových par, opatřeným jednak potrubím pro recirkulaci kondenzátu do ; stájí, jednak odvodem kondenzátu na dočištění, vyznačené tím, že mezi separační zařízení (4) a první kondenzátor , (
6. 6) vícestupňové odpařovací stanice je začleněn fermentor (5), jehož přívodní část je napojena na odvod kapalného podílu ze separačního zařízení (4), za; tímco jeho výstupní část je přes studenou větev prvního kondenzátorů (6) na. pojena na první stupeň (8) odpařovací stanice, a kde na odvod pevné fáze ze í separačního zařízení (4) je napojeno ; vyhnívací zařízení (13), které je současně spojeno i s potrubím pro odvod brýdových par z prvního kondenzátorů (6). 6: Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že : separační zařízení (4) je provedeno jako spádové nebo vibrační síto.
7. 7. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že separační zařízení (4) je provedeno jako odstředivka.
8. 8. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, : že separační zařízení (4) je provedeno jako usazovací nádrž.
9. 9. Zařízení podle bodů 5 až 8, vyznačené tím, že mezizásobník surových výkalů (3) je proveden jako otevřená nádoba, ; opatřená ohřevem á provzdušňovacím zařízením.
10. 10; Zařízení podle bodů 5 až 9, vyznačené tím, že jednotlivé stupně (8, 9) odpařovací stánice jsou provedeny jako trubko; vé odparky, přičemž poslední stupeň (10) je proveden jako horizontální roi torová odparka.
11. 11. Zařízení podle bodů 5 až 10, vyznačené tím, že první kondenzátor (6) je opatřen potrubím (17) pro odvod. kondenzátu brýdových par, popř. pro recirkulaci kondenzátu do fermentoru (5) nebo jeho odvod do vyhnívacího zařízení (13).