CS267560B1 - Způsob převede*! organických látek a živin koncentrovaných kapalných organických substrátů, jako jsou biologická kaly nebo kejda hospodářských zvířat, do pevné fáze - Google Patents

Abstract

Převedení látek kapalného substrátu do suspenze s Mechanickými vlastnostmi vhodnými pro ekonomicky výhodnou mechanickou separaci a i získání výsledného produktu žádoucích vlastností je řeieno způsobem, kde se kapalný substrát nejdříve koaguluje hydroxidem vápenatým na hodnotu pH 10,5 *i 14, načež je vykoagulovaný kapalný substrát před mechanickou separací podroben adeorbčnímu procesu přidáním humusového substrátu vzniklého kompostováním oddělené tuhé fáze kapalného substrátu.

Description

Vynález se týká způsobu převedení organických látek a živi* koncentrovaných kapalných organických substrátů, jako jsou biologické kaly nebo kejda hospodářských zvířat dc pevné fáze, unožňující její další zpracování ko*postování* a produkcí organického hunusového hnojivá.

Koncentrované organické kapalné substráty, jako jsou např. biologické kaly z provozu biologických čistíren nebo kejdy hospodářských zvířat, představují cennou organickou surovinu, jejíž využití bylo doposud spojeno s řadcu technických potíží a vysokýni náklady. Příčinou těchto potíží je vysoký obsah rozpuštěných, koloidních a jeaně suspendovaných organických látek obsažených v těchto kapalných substrátech těžko oddělitelných od kapalné frakce.

Běžná praxe zpracování těchto substrátů používá složitých Mechanických separátorů, které vyžadují přidávání nákladných polykoagulentů pro zabezpečení potřebného dělícího poněru nechanickýni separačníni pochody.

Tak například šnekové odstředivky používané pro odvodňování biologických kalů z čistíren vod jsou investičně i provozně velni nákladné s vysokou spotřebou elektrické energie a vyžadují dávku 100 až 150 g.l^-1 polykoagulentů. Obdobně je tonu při použití pásových tlakových filtrů, které vykazují sice o něco Menší spotřebu energie než-li odstředivky, ale vysoké pořizovací a provozní náklady zůstávají, stejně jako vysoká spotřeba polykoagulentů.

Obdobně je tonu i v případě zpracování kejdy hospodářských zvířat, kdy převedení organických látek a živin do pevné fáze, vhodné pro další zpracování kOMpostovánÍM je velni náročný proces, který doposud vyžadoval konplexní vícestupňový technologický postup. Jako příklad doposud používané technologie zpracování kejdy je nožné uvést vícestupňový nechanicko-chenický postup, sestávající z nechanické separace hrubé frakce kejdy, koagulace kejdy hydroxiden vápenatýn s následnou separací vykoagulované suspenze s gravitačnín zahuštěnín odseparovaných kalů. Takto oddělená pevná frakce kejdy je pak odvodňována ponocí nechanického separátoru, např. tlakového pásového filtru za současného dávkování polykoagulentů.

Doposud používaný výše popsaný vícestupňový nechanicko-chenický proces převodu látek z kejdy do pevného stavu je značně složitý a nákladný. Mino to se osvědčil pouze pro kejdu prasat. Y případě kejdy skotu vykazuje značné potíže, vyplývající z vysokého podílu nechanicky hůře oddělitelné vláknité hrubé frakce a vzniku velkého podílu špatně separovatelné suspenze při koagulaci kejdy hydroxiden vápe»atýn. To vyžaduje složité, na obsluhu náročné zařízení pro nechanické předčistění kejdy skotu a velké objeny zařízení pro separaci vykoagulované suspenze.

U obou druhů kejdy hospodářských zvířat, t.j. bravu a skotu, vyžaduje' vlastní odvodnění odseparované pevné fáze složité a tin i nákladné zařízení, např. tlakový pásový filtr, který pro svoji funkci vyžaduje dávkování polykoagulentů, což dále prodražuje provoz.

Složitost a nákladnost doposud používaných postupů pro převádění organických látek a živin z kejdy do forny pevného substrátu vhodného pro další zpracování konpostovánín, přispívá podstatnou nírou k neúněrně vysokýn nákladůn na výrobu organického hnojivá z kejdy, což tvořilo hlavní překážku širšího využití této progresivní technologie pro zpracování kejdy hospodářských zvířat.

To platí obdobně i pro další druhy kapalných koncentrovaných organických substrátů, jako jsou biologické kaly a pod.

CS 267 560 Bl

Uvedené nevýhody odstraňuje převedení organických látek a živin z koncentrovaných kapalných organických substrátů, jako jsou biologické kaly nebo kejda hospodářských zvířat, Mechanickou separací do pevné fáze, unožňující její další zpracování kompostováním s produkcí organického humusového hnojivá, podle vynálezu. Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že kapalný substrát se nejprve koaguluje hydroxidem vápenatým na hodnotu pH od 10,5 až 14, načež je vykoagulovaný kapalný substrát před mechanickou separací podroben adsorbčnínu procesu přidáním humusového substrátu vzniklého kompostováním oddílené pevné fáze kapalného substrátu, čímž je dosaženo převedení látek kapalného substrátu do suspenze s mechanickými vlastnostmi, vhodnými pro mechanickou separaci.

Dalším význakem je, že do vykoagulovaného kapalného substrátu je přidán humusový substrát v množství odpovídající jedné patnáctině až jedné pětině objemu zpracovávaného kapalného substrátu. Podle vynálezu je rovněž výhodné, že oddělená pevná fáze kapalného substrátu je kompostována společně s přídavnými organickými pevnými substráty, jako např. druhotnou dřevní hmotou, čímž se dosáhne vytvoření žádoucí struktury produkovaného humusového substrátu pro zvýšení mechanické separovatelnosti suspenze, vznikající procesy koagulačně-sorbčního zpracování kapalného substrátu.

Z hlediska zvýšení intenzity procesu kompoetace a pro zvýšení organicky vázaného obsahu dusíku a fosforu v konečném produktu se do směsi, tvořené oddělenou pevnou fází z kapalného substrátu a přídavným organickým pevný· substráte· přidávají komponenty s vysokým obsahem živin ve formě dusíku a fosforu pro dosažení žádoucího poměru uhlíku C k dusíku N a k fosforu P vsádky do kompostovacího procesu s optimálním poměrem obsahu uhlíku C k dusíku N, činícím 15 až 25.

Jako příklad způsobu podle vynálezu může sloužit zpracování kejdy hospodářských zvířat na humusové hnojivo.

Kapalná kejda hospodářských zvířat, např. prasat nebo sketu, přiváděna přívodem 1 do směšovače £ se nejprve koaguluje hydroxidem vápenatým jehož přívod 3. je zaústěn do přívodu £ tak, aby výsledná hodnota pH kejdy po koagulaci byla větší než 10,5 s výhodou nad 11,5. Tato vysoká hodnota pH zaručuje vysrážení velké části koloidních a jemně dispergovaných látek a části rozpuštěných látek kejdy do forny mechanicky separovatelné suspenze. Významným efektem koagulace při hodnotě pH nad 10,5 je, že dochází k úplné inaktivaci patogenních Mikroorganismů v kejdě v důsledku toxického působení vysokého pH.

Vykoagulovaná kejda, vedena do směšovače 2, je pak v něm podrobena sorbčnímu procesu, přidáním části humusového substrátu vzniklého kompostováním oddělené pevné fáze kapalného substrátu a vedeného od výstupu £ kompostovacího reaktoru Humusový substrát je vhodný sorbent jednak pro suspenzi vzniklou koagulací kejdy a jednak i pro část zbytkových rozpuštěných organických látek z kejdy. Množství přidaného humusového substrátu do směšovače 2 je v rozmezí jedné patnáctiny až jedné pětiny objemu zpracovávané kejdy. Výsledkem tohoto koagulačně-sorbčního procesu zpracování kejdy je pak výhodná pevná struktura pevné frakce kejdy, unožňující její snadnou mechanickou separaci v separátoru 6, do něhož je kejda, upravena popsaným způsobem, přiváděna vedením 7. Ze separátoru (5 vystupuje filtrát výstupem 8 k následnému dočištění například biologickým aktivačním čištěním a dále odseparovaná tuhá část, která je vedena do misiče 9 na nějž navazuje kompostovací reaktor 5 s výstupem £.

Mechanické vlastnosti humusového substrátu z hlediska vhodnosti pro separační procesy je při tom možné do značné míry ovlivňovat i samotnými kompostováními procesy. Tak např. strukturu humusového substrátu lze příznivě ovlivnit, že se k od

CS 267 560 Bl dělené pevné fázi kejdy přidá v mísiči 9 další vhodný organický subetrát, jakc je např. druhotná dřevní hmota. Kvalita produkovaného humusového substrátu, zejaéna poměru uhlíku k dusíku a k fosforu t.j, C : N : P, který rozhoduje o intenzit? procesů kompcstace. Optimální pomřr C : N ve vsádce, přicházející z misiče 9 do kompostovacího reaktcru 5, je 15 - 25.

Dostatek obsahu fosforu je pak rozhodující pro fungicidní fázi kompostovacího procesu, důležitou pro biotransformaci ligninových složek dřevní hmoty, což též výrazné ovlivňuje kvalitu konečného produktu.

Dosažení optimální struktury a chemického složení produkovaného humusového substrátu má pak příznivý vliv jak na jeho sorbční vlastnosti při zpraaování kejdy, tak i účinnost mechanického separačního procesu. Optimalizace poměru C : N : P ve vsádce pro kompostování se nejlépe dosáhne tím, že se k odseparované pevné frakci kejdy přidá přídavný materiál s vyšším obsahem N a P, jako např. slepičí trus, močovina a pod..

Při splnění uvedených podmínek vybalancovaného poměru C : N : P přidáním vhodných nosičů uhlíku, dusíku a fosforu v podobě koncentrátů jako je uvedený slepičí trus nebo močovina k odseparované pevné fáze kejdy v optimálním množství pro průběh kcmpostovacích procesů, je výsledkem kompostování humusový substrát s velmi dobrými vlastnostmi pro následnou aplikaci v rostlinné výrobě a rovněž i s velni dobrými scrbčními vlastnostmi a s vhodnou strukturou pro separační proces probíhající v eeparátoru 6. Účinnost komgulačně-sorbčního procesu pro převod látek a živin kejdy do pevné fáze dosahuje pak pro celkové látky až 90 %, pro organické látky též až 90 % a pro fosfor 98 %.

Suspenze vzniklá ve směšovači 2. popsaným koagulačnš-sorbčním procesem s vysokým pcdílem vláknitých materiálů má specifické vlastnosti, které se projevují snadnou separovatelností filtračními pochody s výrazným dělícím poměrem, což umožňuje dosažení velké čirosti filtrátu. Získaná mechanická struktura suspenze vstupující do separátoru 6 snižuje při tom filtrační odpor, což umožňuje provoz filtru při velké tlcuštce filtračního koláče. Tyto specifické vlastnosti suspenze umožňují jednak podstatné zjednodušení separačního zařízení, zjednodušení i zařízení pro dočištění kapalného podílu kejdy před jeho vypouštěním do recipientu.

Jako konkrétní příklad může sloužit zpracování kejdy prasat na humusový substrát převedením organických látek a živin z kejdy do formy pevného substrátu vhodného pro kompostování. Uvedený konkrétní příklad je pro kapacitu 20.000 ks prasat s produkcí 120 m^ kejdy za den.

Kapalná kejda prasat představuje zředěný roztok a suspenzi organických látek a živin /dusík a fosfor/ s koncentrací 2 - 5 % sušiny. Separace těchto látek probíhá nejprve mechanicky a pak chemicky vysráŽením hydrátem vápenatým při vysoké hodnotě pH nad 10,5. Do vápeného kalu je současně přidáván přebytečný aktivovaný kal z bicIcgického dočištění kapalné frakce kejdy. Do produkovaného vápeného kalu, který je sám o sobě těžko odvodnitelný se přidá humusový substrát vzniklý následnou kcmpostací oddělené pevné frakce z kejdy. Vzniklá směs se pak filtruje na kalolisu.

Oddělením pevné frakce kejdy se získá 10 - 15 m^/den surové organické hmoty ε koncentrací cca 25 % sušiny. Po přidání 40 - 80 % přídavných organických látek jako jsou zbytky rostlinné výroby /kukuřičná sláma/, piliny, kůra a pod. a případně koncentráty s vysokým obsahem P a N, jako je např. drůbeží trus, močovina a pod., je tato směs kompostována v kontunuálním kompostovacím bioreaktoru.

Při kompostování dojde ke značné redukci objemu vsádkového materiálu v důsledku mikrobiologických procesů biokonverze organické hmoty na huminové látky, při nichž se

CS 267 560 Bl určitá část organických látek /20 a 40 %/ oxiduje na CO^ a H^O.

Současní dojde i ke zvýšení sušiny kompostovaného materiálu. Struktura výsledného kompostu má vhodné strukturální a sorbční vlastnosti pro zpětné použití pro separaci kalů produkovaných při popsaném způsobu zpracování kejdy prasat. Podle množství a druhu doplňkové organické hmoty a přísad lze při kapacitě 20.000 ks prasat vyprodukovat uvedeným způsobem podle vynálezu až 15 m^/den vysokohodnotného humusu.

Způsob podle vynálezu není omezen na uvedené zpracování kejdy hospodářských zvířat. Velké uplatnění má i pro zpracování biologických kalů z čistíren, případně i pro zpracování dalších druhů koncentrovaných kapalných organických substrátů. Ve všech případech je princip způsobu totožný s popsaným příkladem zpracování kejdy.

Způsob převedení organických látek a živin z koncentrovaných kapalných substrátů do pevné íáze má oproti doposud používaným způsobům četné výhody.

Hlavní výhodou je podstatné zvýšení separovetelnosti látek převáděných do pevné fáze způsobem podle vynálezu. To podstatně zjednodušuje návazný separační proces a to jednak zjednodušením mechanického zařízení pro separaci a jednak snížením nebo úplným vyloučením přídavných koagulačních prostředků - polykoagulentů - pro separaci pevné fáze od kapalné fáze.

V případě kejdy hospodářských zvířat k této výhodě přistupuje i nahrazení více stupňového chenicko-mechanického procesu separace jednostupňovým procesem s výrazným snížením investičních * provozních nákladů s výraznou úsporou obsluhy a údržby.

Další výhodou způsobu podle vynálezu je zvýšení účinnosti převádění látek z kapalných substrátů do pevné fáze, čímž se jednak zvyšuje využití látek v nich obsažených a jednak se snižují nároky na dočišťování kapalného podílu před jeho vypouštěním do recipientu. To je důležité zejména pro silně koncentrované kapalné substráty, jako je např. kejda hospodářských zvířat, kdy zbytkové zatížení odpadní vody vyžaduje intenzivní dočištění.

Výsledkem uvedených výhod je pak úspora investičních a provozních nákladů celých objektů na zpracování koncentrovaných kapalných organických substrátů, včetně dočištění odpadní vody a představuje přínos ve směru řešení bezodpadkových technologií s opětovným využitím druhotné organické hmoty.

Claims (2)

1. Způsob převedení organických látek a živin z koncentrovaných kapalných organických substrátů, jako jsou biologické kaly nebo kmjda hospodářských zvířat, mechanickou separací do pevné fáze, která je následně kompostována po případném doplnění organickými substráty na humusový substrát, zatímco filtrát je odváděn např. do procesu dočištění, a kdy kapalný organický substrát se nejprve koaguluje hydroxidem vápenatým na hodnotu pH 10,5 do pH 14 a poté je před mechanickou separací podroben sorpčnímu procesu vyznačený tím, že sorpční proces probíhá předáváním humusového substrátu, vznikajícího kompostováním pevné fáze, případně doplněné přídavnými pevnými or. ganickými substráty.

2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že objemové množství humusového substrátu použitého při sorpčnín procesu činí jednu patnáctinu až jednu pětinu zpracovávaného kapalného substrátu. ;