CS254717B1 - Process for working excrements of utility animals - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobů zpracování kejdy z exkrementu užitkových zvířat.

Kejda nebo tekutý hnůj vzniká v bezstelivových stájích. Nejvíce kejdy se produkuje v chovech vepřů a skotu popř. nosnic. Problémy s využím kejdy limitují zvětšování velkokapacitních chovů. V současné době se používají s menšími obměnami následující způsoby využití či zpracování kejdy.

První a nejjednodušší způsob je rozvoz kejdy na pole. Přitom se jednak využívá hnojivých vlastností kejdy ke zvyšování úrodnosti půdy a jednak se využívá sorpčních vlastností půdy к likvidaci kejdy. Způsob má následující nevýhody. 1) Ve vegetačním období nelze kejdu 100 a více dnů na pole vyvážet, a proto je třeba budovat investičně náročné zásobní nádrže. 2) Náklady na rozvoz jednotkového množství kejdy narůstají s rostoucí velikostí stáje v důsledku větší rozvozové vzdálenosti. Pro chov 15 000 ks prasat se kalkuluje 30 Kčs/t kejdy. 3) V případě zředěné vepřové kejdy rozvoz na pole z hlediska úrodnosti půdy více škodí než prospívá. 4) Kejda je silně bakteriologicky znečištěná. Vzniká riziko šíření infekčních nemocí. 5) Při přehnojení, prudkých deštích anebo náhlé oblevě dochází к silnému znečistění povrchových popř. podzemních vod kejdou. '

Druhý způsob je aerobně-biologické čistění. Přitom se obvykle z kejdy mechanickou separací oddělí tuhý podíl vhodný ke kompostování a kapalná část, tj. odpadní voda se vede do aerobně biologické čističky, kde dojde к odbourání významné části organického , a dusíkatého znečištění. Způsob má následující nevýhody 1) Zařízení pro tento způsob je vždy investičně a většinou i energericky náročné. 2) Významná část organických látek a většina ostatních cenných hnojivých látek (čpavek) se bud zničí, nebo projde čističkou a nevyužije se. 3) V zimním období je v důsledku nízké biologické aktivity mikroorganismů účinnost čistění nevyhovující.

Třetí způsob je kombinace anaerobního vyhnívání a aerobního dočištění. Představuje dosud technicky nejdokonalejší řešení. V anaerobním vyhnívání produkují ve fermentorou při teplotě 35 až 40 °C anaerobní bakterie bioplyn, tj. v podstatě směs metanu a oxidu uhličitého. Přitom se ale ve zpracovávané kejdě rozloží tolik odbouratelných uhlíkatých látek, že jejich poměr к dusíkatým látkám poklesne pod kritickou hodnotu, která je podmínkou pro činnost bakterií v aerobním dočištění. Tento problém se řeší bud přídavkem odbouratelné uhlíkaté látky (např. metanolu) nebo snížením obsahu dusíkatých látek odčpavkováním. Druhá možnost je výhodnější. Odpadní voda po metanové fermentaci, mechanické separaci tuhého podílu a odčpavkování je aerobně dočistitelná s podstatné menšími investičními a provozními náklady než surová kejda po samotné mechanické separaci. Výhodou uvedeného způsobu látek zpracování kejdy je, že se při částečném rozkladu organických látek získává cenný zdroj energie - bioplyn, a při odčpavkování amonné hnojivo. Nevýhodou jsou značné investiční náklady zejména v části anaerobního vyhnívání.

Způsob zpracování kejdy podle tohoto vynálezu do značné míry odstraňuje nevýhody předchozích způsobů. Ve způsobu zpracování kejdy podle tohoto vynálezu se kejda po mechanické separaci tuhého podílu zalkalizuje vápněním. Odpadní voda vzniklá mechanickým oddělením tuhého podílu z kejdy obsahuje dusíkaté látky převážně ve formě kyselého uhličitanu amonného. Při vápnění dochází ke srážecí reakci mezi hydroxidem vápenatým a uhličitanovými ionty. Srážecí reakcí se dosahuje dvou účinků. Pvní účinek spočívá v tom, že se čpavek uvolní z chemické vazby a jeho tenze par nad odpadní vodou se tím zvýší dvoj- až trojnásobně (podle abslolutní hodnoty obsahu čpavku v odpadní vodě, podle teploty atd). Gměrně zvýšení tenze par se sníží množství energie potřebné pro vypuzení čpavku z odpadní vody. Druhý účinek spočívá v tom, že sraženina uhličitanu vápenatého se váže na jemné nerozpuštěné organické nečistoty, které přešly do odpadní vody přes mechanickou spearaci. Sraženina dobře sedimentuje a lze ji od odpadní vody snadno oddělit např. usazováním. Usazený kal se vrací na zahuštění mechanickou separací.

Mírou organického uhlíkatého znečistění je např. chemická spotřeba kyslíku na rozložení příměsí obsažených ve vodě (CHSK).

Vyjadřuje se v mg kyslíku spotřebovaného na rozložení nečistot v 1 kg vzorku. Zatímco odpadní voda před vápněním má hodnoty CHSK asi 5 000 až 2 500, po vyčištění srážecí reakcí s vápnem klesne hodnota CHSK asi na 2 500 až 2 700. Pokud se do odpadní vody přidává flokulční nebo koagulační činidlo, dojde к vysrážení a sedimentaci i koloidních látek a hodnota CHSK v odpadní vodě poklesne na 600 až 1 400. Kromě uhlíkatých látek přechází do sraženiny nejméně 99 % fosforu.

Zalkalizovaná odpadní voda se ve výměníku tepla předehřeje co nejblíže к bodu varu a nastřikuje se na vrch vypuzovací části rektifikační kolony. Zde se odpadní voda protiproudým způsobem uvádí do styku s vodní parou. Přitom čpavek z odpadní vody přechází do parní fáze, takže se obsah čpavku v odpadní vodě snižuje. Odpadní voda se sníženým obsahem čpavku stéká ze spodku vypuzovací části rektifikační kolony do vařáku, kde se jí dodává teplo a vyvíjí se vodní pára s obsahem čpavku odpovídajícím jeho relativní těkavosti a zbytkovém obsahu v odpadní vodě. Z vařáku se odčpavkovaná odpadní voda vede do výměníku teplota, kde předá tepelnou energii odpadní vodě nastřikované do rektifikační kolony. Přitom se ochladí a vystupuje z procesu odčpavkování. Je možné i jiné uspořádání, kdy se vodní pára do rektifikační kolony vyrábí z jiné vody a odpadní voda se odvádí ze spodku kolony, aniž by stékala do vařáku.

Odpadní voda ve vypuzovací koloně a vařáku je při teplotě asi 100 °C a může se při této teplotě sterilizovat. Dobu zdržení odpadní vody ve vařáku lze upravit podle průtoku odpadní vody vařákem a podle požadavku hygienika na dobu potřebnou ke sterilizaci volbou vhodného objemu vařáku.

Vodní pára se čpavkem z vrchu vypuzovací části vstupuje do obohacovací části rektifikační kolony, kde se při protiproudem styku se zpětným tokem obohacuje čpavkem. Z vrchu obohacovací části kolony se vede parní směs do kondenzátoru, kde úplně zkondenzuje na čpavkovou vodu. Část čpavkové vody se vrací na vrch obohacovací části kolony a vytváří zpětný tok. Ostatní čpavková voda se vede к dalšímu zpracování.

Teplo uvolněné kondenzací parní směsi v kondenzátoru představuje podstatnou část tepla dodávaného do vařáku. Toto teplo se v kondenzátoru předává chladicí kapalině a lze jej opět využít. Možným způsobem využití je, že se jako chladicí kapalina přivádí do kondezátoru stedená voda určená к přípravě užitkové teplé vody. Tak lze ohřívat vodu na teplotu 85 až 90 °C. Jiným možným způsobem využití kondenzačního tepla parní směsi je ohřev vody cirkulující v systému ústředního vytápění. Podmínkou je, aby ochlazená cirkulující voda vstupující do kondenzátoru měla teplotu nižší než 55 až 60 °C. Cirkulující voda se přitom může ohřívat na teplotu 85 až 90 °C. Při racionálním využití kondenzačního tepla je množství tepla nevratně spotřebovaného na odčpavkování malé (25 až 45 MJ/t odpadní vody).

Produktem z obohacovací Části rektifikační kolony je čpavková voda (obvykle 8 až % hmot NH^). Čpavková voda je к přímému hnojení nevhodná, protože při jejím použití dochází ke značným ztrátám čpavku do atmosféry vytékáním. Čpavek obsažený ve čpavkové vodě lze chemicky vázat kyselou složkou, která je v procesu obvykle к dispozici, a to oxidem uhličitým obsaženým v kouřových plynech - spalinách vznikajících při výrobě tepla potřebného na odčpavkování v rektifikační koloně spalováním uhlíkatých látek. Oxid uhličitý se využívá tak, že se v absorbéru uvádí do styku čpavková voda s kouřovými plyny. V absrobéru probíhá chemická reakce, při které oxid uhličitý z kouřových plynů přechází do čpavkové vody a chemie?·, у váže čpavek .

Z absorbéru vystupuje jako kapalná fáze koncentrovaný roztok čpavku vázaného kysličníkem uhličitým - směs normálního a kyselého uhličitanu amonného. Tenze par čpavku (a tudíž i únik čpavku při aplikaci) nad roztokem s molovým poměrem oxidu uhličitého a čpavku 0,5 při obsahu čpavku 8 až 10 % hmot. NH^ a při teplotě okolo 20 °C je asi 15 až 20krát menší než nad čpavkovou vodou se stejným obsahem čpavku. V uvedeném poměru se snížil i únik Čpavku při aplikaci.

Obsah čpavku v odpadní vodě se obvykle snižuje na 10 % vstupní hodnoty a méně. Pokud nebyly koloidní látky odstraněny z kapalné fáze flokulačním nebo koagulačním Činidlem již při vápnění a pokud je jejich odstranění z hlediska zatížení následujícího biologického dočištění prospěšné, mohou být flokulací odstraněny i z odčpavkované odpadní vody. Parametry zbytkového organického znečistění odpadní vody prošlé technologií zpracování kejdy podle tohoto vynálezu při odstranění koloidních látek zhruba odpovídají parametrům splaškových vod z komunálních zařízení a z bytů a jsou obvykle lepší než u vyčištěné vody ze samostatných aerobních čističek zpracovávajících kejdu v zimním období.

Očinky dosažitelné způsobem zpracování kejdy z exkrementů užitokových zvířat podle tohoto vynálezu jsou;

1) Snížení obsahu nečistot v kejdě v případě organických uhlíkatých látek o zhruba 80 až 90 % , v případě dusíkatých látek zhruba o 90 % a více a v případě fosforu zhruba o 99 %. Přitom organické uhlíkaté látky a fosfor se převedou do kompostu obohaceného uhličitanen vápenatým a dusíkaté látky se převedou do koncentrovaného kapalného amonného hnojivá.

2) Voda obsažená v kejdě se při zpracování podle tohoto způsobu sterilizuje.

3) Investiční náklady na způsob zpracování kejdy podle tohoto vynálezu doplněný o aerobní dočištění jsou podstatně nižší než náklady na samotné aerobní čistění kejdy nebo na kombinované anaerobní čistění s odčpavkováním a aerobním dočištěním. V porovnání s aerobním čistěním jsou investiční náklady méně než čtvrtinové a v porovnání s kombinovaným anaerobním a aerobním čistěním méně než pětinové.

Podstatou vynálezu je způsob zpracování kejdy z exkrementů užitkových zvířat. Kejda, nebo odpadní voda vzniklá oddělením tuhého podílu z kejdy se zalkalizuje smísením s vápnem. Vzniklý kal se oddělí a odpadní voda se předehřeje ve výměníku tepla a vede se na vrch vypuzovací části rektifikační kolony. Ve vypuzovací koloně se vypuzuje čpavek ze zalkalizované odpadní vody protiproudým stykem s vodní parou. Odpadní voda se sníženým obsahem čpavku stéká z vypuzovací kolony do vařáku, kde se z ní vyvíjí pára potřebná pro vypuzování čpavku. Z vařáku se odpadní voda se sníženým obsahem čpavku odvádí přes výměník tepla, ve kterém předá teplo odpadní vodě nastřikované na vrch vypuzovací části rektifikační kolony a vystupuje z procesu. Odpadní voda se sníženým obsahem čpavku se může také odvádět z procesu, aniž by vstupovala do vařáku. V tom případě se vodní pára na vypuzování čpavku přivádí z jiného zdroje. Směs vodní páry se čpavkem z vrchu vypuzovací části kolony se vede přes obohacovací část kolony do kondenzátoru. V obohacovací části kolony se ve směsi vodní páry a čpavku při protiproudém styku se zpětným tokem tvořeným částí čpavkové vody z kondezátofu zvyšuje obsah čpavku.

V kondenzátoru směs vodní páry a čpavku kondenzuje za vzniku čpavkové vody. Část čpavkové vody se vrací jako zpětný tok do obohacovací části kolony a zbývající část se vede do absorbéru, kde se uvádí do styku s plynem obsahujícím oxid uhličitý. Tímto plynem jsou kouřové plyny, tj. spaliny vznikající spalováním uhlíkatých látek při výrobě tepelné energie dodávané do procesu. Oxid uhličitý přechází do roztoku a chemicky se váže se čpavkem. Z absorbéru vystupuje roztok čpavku chemicky vázaného oxidem uhličitým na technický uhličitan amonný (směs normálního a kyselého uhličitanu). Tepelná energie uvolňovaná při kondenzaci směsi vodní páry a čpavku v kondenzátoru se využívá к přípravě teplé užitkové vody.

Jako příklad jsou uvedeny parametry procesu zpracování směsné kejdy z chovu vepřů a skotu a ze sociálních zařízení umístěných v areálu živočišné výroby.

Denní produkce činí 100 t kejdy o obsahu 1,5 kg NH^/t kejdy, 20 kg nerozpuštěných látek/t kejdy a s organickým znečištěním CFSK 10 000. Na vápnění se spotřebuje denně 0,7 t práškového páleného vápna o obsahu 90 % CaO. Po proběhnutí srážecí reakce se v kontinuálním usazováku . z kejdy odděluje kal s 80 kg nerozpuštěných látek/t kalu a odpadní voda prakticky bez tuhých příměsí, která však obsahuje kromě .rozpuštěných látek ještě koloidní látky a volný čpavek a má CHSK 2 500. Z kalu se na pásovém filtru odděluje kompost s 30 % sušiny v množství 10 t/den. Odpadní voda se po předehřátí ve výměníku tepla nastřikuje do rektifikační kolony, kde se obsah čpavku v odpadní vodě snižuje na 0,15 kg/t. Odčpavkovaná odpadní voda předá ve výměníku teplo a odtéká na aerobní dočištění. Jako další produkt vystupuje z rektifikační kolony 1,23 t čpavkové vody za den o obsahu 100 kg NH^/t.

V absorbéru se čpavková voda kontaktuje s kouřovými plyny o obsahu 8 0 objemových CC>₂. Z absorbéru vytéká kapalné hnojivo, roztok technického uhličitanu amonného s molovým poměrem CO₂:NH₃ = 0,55 v množství 1,40 t/den o obsahu 240 kg technického uhličitanu amonného na 1 t kapalného hnojivá. Při předehřátí odpadní vody nastřikované do rektifikační kolony na 90 °C je třeba do vařáku rektifikační kolony dodávat 20,9 GJ tepelné energie za den při teplotní hladině asi 120 až 130 °C. V kondenzátoru rektifikační kolony se kondezační teplo využívá к přípravě teplé užitkové vody. К její přípravě se využije 17,1 GJ/den tepelné energie.

Modifikaci uvedeného příkladu představuje použití koagulantu, zde chloridu železitého. Chlorid želzeitý se dávkuje do odčpavkované odpadní vody za výměníkem tepla v množství 1 kg FeCl₃ na 1 t odpadní vody, tj. 90,7 kg FeCl₃/den a odpadní voda se vede přes míchanou nádobu do usazováku. Přitom z odpadní vody vyvločkují koloidní látky a vločky odsedimentují. Čirá nažloutlá odpadní voda s CHSK 1 300 se vede z usazováku do aerobního dočištění.

Claims (4)

1. Způsob zpracování kejdy z exkrementů užitkových zvířat vyznačený tím, že se kejda zalkalizuje smísením s vápnem, oddělí se vzniklý kal a odpadní voda se vede na vrch vypuzovací čisti rektifikační kolony, ve které se z ní v protiproudém styku vypuzuje čpavek parou, dále se uvádí do vařáku, kde;.se uvádí do vařáku, kde se ohřevem vyvíjí pára pro vypuzování čpavku a/nebo odpadní voda se sníženým obsahem čpavku vystupuje z procesu, vodní pára se čpavkem z vrchu vypuzovací části kolony se vede do obohacovací části rektifikační kolony, kde se protiproudým stykem se zpětným tokem zvyšuje obsah čpavku ve směsi vodní páry a čpavku, tato směs se dále vede do kondenzátoru, kde kondenzuje na čpavkovou vodu, část čpavkové vody se přitom vrací na vrch obohacovací části rektifikační kolony, kde vytváří zpětný tok a zbývající část vystupuje jako produkt z rektifikační kolony.

2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se odpadní voda před vstupem do rektifikační kolony předehřeje ve výměníku tepla odpadní vodou se sníženým obsahem čpavku vystupující z procesu.

3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že čpavková voda vystupující jako produkt z rektifikační kolony se vede do absorbéru, kde se uvádí do styku s plynem obsahujícím oxid uhličitý.

4. Způsob podle bodu 1 a 3 vyznačený tím, že se jako plyn obsahující oxid uhličitý přivádí do absorbéru kouřové plyny - spaliny vznikající při výrobě tepelné energie spalováním uhlíkatých látek.