CZ288595A3

CZ288595A3 - Způsob a zařízení pro výrobu humusového hnojiva z kejdy hospodářských zvířat

Info

Publication number: CZ288595A3
Application number: CZ19952885A
Authority: CZ
Inventors: Svatopluk Ing. Csc. Mackrle; Vladimír Dr. Ing. Csc. Mackrle
Original assignee: Svatopluk Ing. Csc. Mackrle; Vladimír Dr. Ing. Csc. Mackrle
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2000-08-16
Also published as: CZ287409B6

Description

výrobu humusového hnojivá z~kejdy hospodářských zvířat

Obla.sL_techniky

Vynález se týká způsobu výroby humusového hnojivá z kejdy hospodářských zvířat, obsahující postupy mechanicko-chemického zpracování kejdy a biologického dočištění kapalné frakce kejdy, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Přechod živočišné výroby na velkochovy hospodářských zvířat s bezstelivovým provozem způsobil, že původní cyklický pohyb organické hmoty a živin ve formě stájového hnoje v malovýrobě byl nahrazen velkovýrobními technologiemi s produkcí kapalné kejdy působící devastaci životního prostředí. V půdě se postupně ztrácí humus a živiny se nahrazují průmyslovými hnojivý, která mají negativní vliv na strukturu půdy. Proto vznikla potřeba vytvořit technologii na zpracování kejdy, která by tyto negativní důsledky odstraňovala. Známá řešení problému kapalné kájdy jsou směrována na Čištění kapalné frakce kejdy pro snížení škod způsobovaných likvidací surové kapalné kejdy tím, že se vypouští přímo do životního prostředí. Při zpracování pevné frakce kejdy se známé postupy zpracování omezují na kompostování na hromadách. Tyto známé a používané technologie na zpracování kapalné kejdy však nesplňují ekonomické požadavky na řešení tohoto problému, který svým rozsahem znečištění životního prostředí a svou naléhavostí je srovnatelný se znečištěním, které představují odpadní vody od obyvatelstva. Hlavním nedostatkem dosud známých technologií je jejich nákladný provoz, vyplývající mimo jiné z nedořešenosti zpracování pevné frakce kejdy do dále použitelného produktu.

Způsob a zařízení podle vynálezu si klade za cil odstranit do značné míry uvedené nedostatky známých řešení. Jeho úkolem je také poskytnout komplexní řešení převodu cenných látek obsažených v kejdě do pevné formy při jejím zpracování kontinuálním kompostováním na humusový substrát.

Podstata vynálezu

Nevýhody známých řešení do značné míry odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se surová kejda nejprve mísí se sorpčním materiálem ve formě pevného humusového substrátu po kompostaci, po proběhnutí sorpčních pochodů v kejdě se provede mechanická separace pevné a kapalné frakce kejdy, načež se kapalná frakce kejdy podrobí koagulaci hydroxidem vápenatým do dosažení pH neméně 9, přičemž se vzniklý chemický kal oddělí, a následnému čištění biologickým aktivačním čištěním s nitrifikací a denitrifikací, přičemž se vzniklý biologický kal oddělí, a pevná frakce kejdy se podrobí kompostaci, a pak se oddělený chemický kal a biologický kal z procesu čištění kapalné frakce a 10 až 50 % pevného humusového substrátu po kompostaci přivede do vstupní směsi surové kejdy se sorpčním materiálem.

Je výhodné, že koagulace hydroxidem vápenatým probíhá do dosažení pH v rozsahu 10,5 až 11 a pevná frakce kejdy se podrobí kompostaci s postupným termofilním režimem v rozmezí teplot 35 až 70°C a následným mezofilním režimem v rozmezí teplot 20 až 35°C.

Pro vyšší účinnost způsobu je významné, že po mechanické separaci se jedna část polotovaru vrací zpět do procesu mechanické separace a druhá část se podrobí procesu kompostace.

Pro zvýšení sorpčního účinku se do surové kejdy přidává uhlíkatý substrát v rozsahu do 50% pevné frakce surové kejdy, přičemž uhlíkatým substrátem je například drcená sláma.

Podstata zařízeni k provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že na směšovací nádrž je napojeno zařízení pro mechanickou separaci, na něž navazuje alespoň jeden kompostovací bioreaktor, jehož výstup je jednak napojen na směšovací nádrž, jednak směřuje na úložiště humusového substrátu, a alespoň jeden chemický reaktor a alespoň jeden biologický reaktor, přičemž výstup kapalné frakce z biologického reaktoru je napojen na vodoteč a odvod kalu z chemického reaktoru a biologického reaktoru je spojen se směšovací nádrží.

Z hlediska účinnosti odvodnění surové kejdy je 'významné, že zařízení pro mechanickou separaci je tvořeno bubnovým sítem a na něj navazujícím pásovým lisem, přičemž k pásovému lisu je přiřazen zásobník, jehož výstup směřuje jednak k pásovému lisu, jednak k bioreaktoru.

Pro zvýšení sorpčních účinků je výhodné, že že směšovací nádrži je předřazeno silo pro uložení uhlíkatého substrátu.

Způsob a zařízení podle vynálezu má četné výhody. Za největší výhodu lze považovat vytvoření procesu zpracovávaní kejdy s výrobou použitelného vysokohodnotného produktu. Snižuje spotřebu chemických činidel, zejména polykoagulantů, při mechanickém odvodňování kalů, a zaručuje výrobu humusového substrátu umožňující jeho snadnou manipulaci, využití jako organického hnojivá, případně i snadnou likvidaci. Další velkou výhodou je ekologizace provozů velkochovů hospodářských zvířat s odstraněním negativních vlivů velkých objemů kejdy na životní prostředí při obvyklé manipulaci. Značný přínos způsobu a zařízení podle vynálezu představuje vytvoření produkovaného humusového hnojivá pro ekologizaci rostlinné výroby, čímž se navrací organické hmoty a živiny obsažené v kejdě v optimální formě organického hnojivá do půdy. Tím se obnoví vysokomolekulární složky humusu v půdě a sníží se spotřeba průmyslových hnojiv.

Příklad zařízení podle vynálezu je zobrazen na výkrese.

Příklady provedení vynálezu

Základní částí kompostovací linky je známý kontinuální kompostovací bioreaktor 1 vertikálního typu s přiváděním kompostovaného substrátu do horní části přívodním ústrojím 2a s odváděním produkovaného humusového produktu z dolní části bioreaktoru 1 frézou 2, která je napojena na dopravníkový systém 4. Tento dopravníkový systém 4 je jednosměrný a navazuje na dvousměrný dopravníkový systém 4'.

Zařízení podle vynálezu je uspořádáno do kompostovací linky. Její vstupní částí je směšovací nádrž 5, do níž ústí přívodní potrubí 6 surové kejdy. Směšovací nádrži 5 je předřazeno silo 2, v němž se skladuje doplňkový uhlíkatý substrát, například sláma, s výhodou drcená sláma. Silo 2 je ve své horní části opatřeno plnicím zařízením £ a ve své spodní části známým vyprazdňovacím ústrojím 2» na něž navazuje dopravník 10 sila 2 ústící do směšovací nádrže 5. Silo 2 však není nezbytnou součástí zařízení a může být vypuštěno.

Směšovací nádrž 2 je opatřena míchadlem 11 a je spojena s bubnovým sítem 12, a to prostřednictvím kalového čerpadla

13. uloženého ve směšovací nádrži 2/ a kalového vedení 14 ústícího do bubnového síta 12. K tomuto bubnovému sítu 12 je přiřazen pásový lis 15. Jak bubnové síto 12, tak pásový lis 15 jsou opatřeny výstupy 16.17 kapalné frakce pro její odvádění do chemického reaktoru 18 a dále do biologického reaktoru 29/ které samy o sobě nejsou předmětem vynálezu. Podle potřebné kapacity může být uplatněn větší počet chemických reaktorů 18 i biologických reaktorů 22- Odvod 20 chemického kalu z chemického reaktoru 18 a biologického kalu z biologického reaktoru 19 je zaústěn do přívodního potrubí 6. surové kejdy, ústícího do směšovací nádrže 2· Výstup kapalné frakce z biologického reaktoru 19 je napojen na vodoteč 32. například ústí do řeky.

- 6 Na pásový lis 15 navazuje pásový dopravník 21 a šnekový dopravník 22, který končí nad zásobníkem 23. Ke spodní části zásobníku 23 je přiřazen dvousměrný dopravník 24, jehož jeden výstup směřuje k přívodu do pásového lisu 15 a druhý výstup do dopravního systému 25, který je přes přívodní list rojí 2 spojen s bioreaktorem l.

Bioreaktor 1 je opatřen obvyklým rozhrnovacím zařízením 26 a provzdušňovacím systémem 27. V případě potřeby, například z kapacitních důvodů, může zařízení obsahovat větší počet bioreaktorů 1, podle příkladu provedení dva bioreaktory

1. Jsou vzájemně propojeny například dvousměnným šnekovým dopravníkem 28 na vstupu do bioreaktorů 1 pro rovnoměrné rozdělení přiváděného odvodněného kalu do obou bioreaktorů i

Výstup z bioreaktorů 1 v jejich spodní části je opatřen již zmíněným jednosměrným dopravníkovým systémem 4. Tento jednosměrný dopravníkový systém 4 je napojen na vodorovný dvousměrný dopravníkový systém 4¹ , který je svým jedním výstupem zakončen nad úložištěm 30 humusového substrátu 31, zatímco druhý výstup je spojen se směšovací nádrží 5.

Uvedené dvousměrné dopravníky jsou provedeny například jako šnekové dopravníky s reversním chodem, které jsou opatřeny známým neznázorněném řídicím systémem pro řízení chodu dopravníku jedním a druhým směrem. Rozvádění materiálu je možné provést i jinak, například prostřednictvím šnekových dopravníků, které mají na jednu stranu jeden směr šroubovice a na druhou stranu opačný směr šroubovice. Je zřejmé, že popsané dopravní systémy mohou být také alespoň zčásti na7 hrazeny jiným typem dopravníků, například korečkovým dopravníkem nebo elevátorem.

V následující části je popsán způsob podle vynálezu a funkce zařízení podle vynálezu.

Surová kejda natéká do směšovací nádrže 5. přívodním potrubím 6. Stejným přívodním potrubím 6 přitéká také chemický a biologický kal z chemického reaktoru 18 a biologického reaktoru 19 a je rovnoměrně přimíšen do směsi surové kejdy a pevného humusového substrátu po kompostaci, který je do směšovací nádrže 5 přiváděn z bioreaktoru 1 dopravníkovým systémem 4 ¹ . Chemický reaktor 18 a biologický reaktor 19 jsou určeny k úpravě kapalné frakce kejdy na kvalitu umožňující její přímé vypouštění do vodoteče 32. například do řeky. Dopravníkem 10 sila 7 se může také přivádět do směšovací nádrže 5. uhlíkatý substrát, například drcená sláma a podobně, a to v rozsahu do 50% pevné frakce surové kejdy. Jak již bylo zmíněno, do směšovací nádrže 5 je také dopravníkovým systémem 4 a dopravníkovým systémem 4¹ dávkován humusový substrát z kontinuálního kompostovacího bioreaktoru 1, a to v rozsahu 10 až 50%, s výhodou 40% humusového substrátu z jeho celkové produkce. Jak humusový, tak uhlíkatý substrát mají funkci sorpčního materiálu pro převod v kejdě obsažených látek do pevného stavu. Přídavný uhlíkatý substrát, přiváděný ze sila 7, však není pro způsob podle vynálezu nezbytný a může být prováděn i bez jejich přivádění.

Intenzivní smísení surové kejdy s těmito substráty se provádí míchadlem 11. Ve směšovací nádrži 1 probíhají sorpč8 ní procesy a jejich prostřednictvím jsou látky v kejdě převedeny do pevného stavu.

Následně probíhá dvoustupňová mechanická separace pro oddělování pevné a kapalné frakce kejdy v zařízení pro mechanickou separaci, které je tvořeno bubnovým sítem 12 a pásovým lisem 15.

Kalové čerpadlo 13 čerpá směs kalů a přídavných substrátů do bubnového síta 12, odkud částečně zahuštěná pevná frakce vstupuje do pásového lisu 10, do něhož je s výhodou současně dávkována část mechanicky odvodněného surového kalu ze zásobníku 22, a to v rozsahu 20 až 50% ze svého celkového množství. Pro funkci zařízení však tato recirkulace odvodněného surového kalu není nezbytná. Filtrát z bubnového síta 12 a pásového lisu 15 je odváděn do chemického reaktoru 10 a následného biologického reaktoru 10.

V nich probíhá čisticí proces kapalné frakce, zejména chemické srážení hydroxidem vápenatým v chemickém reaktoru 18 s dávkou hydroxidu vápenatého zaručující pH nad 9 a biologické dočištění komplexním aktivačním čištěním s nitrifikací a denitrifikací v biologickém reaktoru 10, a to například v režimu nízko zatěžovaného kalu s látkovým zatížením 0,05 kg BSK_s/kg ZŽNL se separací suspenze fluidní filtrací ve vločkovém mraku s látkovým povrchovým zatížením kalu Ν_χ= 6 kg NL/m².h. Podle výhodného řešení probíhá koagulace hydroxidem vápenatým do dosažení pH v rozsahu 10,5 až 11. BSK_s značí biologickou spotřebu kyslíku za pět dní na jeden kilogram biologického oživení aktivovaného kalu, ZŽNL ztrátu žíháním nerozpuštěných látek a NL nerozpuštěné látky.

Vyčištěná voda se pak vypouští do vodoteče 32 a chemický a biologický kal je veden odvodem 20 do směšovací nádrže

5., případně je shromažďován v neznázorněné zásobní nádrži, odkud je čerpán přívodním potrubím 6 do směšovací nádrže 5.

Odvodněný surový kal je dopravován z pásového lisu 15 šnekovým dopravníkem 22 do zásobníku 23, odkud je dvousměrným dopravníkem 24 recirkulován jednak zpět do procesu mechanické separace na pásový lis 15 a jednak dopravním systémem 25 přes přívodní ústrojí 2 do kontinuálních kompostovacích bioreaktorů 1.

Doba zdržení substrátu v kompostovacím bioreaktorů 1 je přibližně 12 až 14 dní a je nutná pro proběhnutí kompostovácího procesu. Kompostovací proces probíhá v bioreaktorů i postupně ve směru shora dolů. Je výhodné, když v horní části probíhají termofilní biodegradační reakce v rozmezí teplot 35 až 70°C a ve spodní části mezofilní biodegradační reakce v rozmezí teplot 20 až 35°C. V kompostovacím reaktoru 1 podle vynálezu se těchto teplot dosahuje zpravidla samovolně. Termofilní proces zajišťuje vytvoření vysokomolekulárních huminových látek nerozpustných ve vodě.

Z bioreaktorů 1 je vyprodukovaný humusový substrát 31 odebírán frézou 2 a je dopravován na úložiště 30 - zpevněnou plochu, kde po dobu asi 6 týdnů dozrává na hromadách. Dopravení humusového substrátu 31 na úložiště 30 se provádí prostřednictvím jednosměrného dopravníkového systému 4, který přemístí humusový substrát do dvousměrného dopravníkového systému 4', který dopravuje humusový substrát 31 na zmíněné úložiště 30, jednak zpět do směšovací nádrže 5.

Část humusového substrátu, a to při pravidelné kontinuální funkci zařízení podle vynálezu 10 až 50%, je recirkulována dopravníkovými systémy 4,41 jako sorpční materiál, jak bylo popsáno výše, zpět do procesu pro převedení látek z kejdy do pevné formy. Při pohybu hmot ve formě pevného substrátu jsou tak vytvořeny dva okruhy. Jeden okruh pro recirkulaci humusového substrátu a jeden okruh pro recirkulaci mechanicky odvodněného surového kalu, který je recirkulován v rozsahu 20 až 50%. Nastavením intenzity recirkulace těchto substrátů v systému je možné ovlivňovat proces převodu látek z kejdy do pevného stavu a tím optimalizovat celý proces výroby humusu z kejdy pro dosažení nej lepších provozních podmínek procesu.

Experimentálně, bylo zjištěno, že popsaným procesem se dosahuje účinnosti převodu látek z kejdy do pevného substrátu okolo 80 % u organických látek, 40 % u dusíku, a více než 90 % u fosforu.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení pro výrobu humusového substrátu je určen především pro zpracování kejdy hospodářských zvířat. Je však vhodný i ke zpracování čistírenských kalů biologických čistíren.

Claims

NÁROKY

1. Způsob výroby humusového hnojivá 2 kejdy hospodářských zvířat, obsahující postupy mechanicko-chemického zpracování kejdy a biologického dočištění kapalné frakce kejdy, vyznačující se tím, že se surová ke jda nejprve mísí se sorpčním materiálem ve formě pevného humusového substrátu po kompostaci, po proběhnutí sorpčních pochodů v kejdě se provede mechanická separace pevné a kapalné frakce kejdy, načež se kapalná frakce kejdy podrobí koagulaci hydroxidem vápenatým do dosažení pH neméně 9, přičemž se vzniklý chemický kal oddělí, a následnému čištění biologickým aktivačním čištěním s nitrifikací a denitrifikací, přičemž se vzniklý biologický kal oddělí, a pevná frakce kejdy se podrobí kompostaci, a pak se oddělený chemický kal a biologický kal z procesu čištění kapalné frakce a 10 až 50 % pevného humusového substrátu po kompostaci přivede do vstupní směsi surové kejdy se sorpčním materiálem.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že koagulace hydroxidem vápenatým probíhá do dosažení pH v rozsahu 10,5 až 11.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pevná frakce kejdy se podrobí kompostaci s postupným termofilním režimem, v rpzmezí teplot 2L5,_až 70°C

C f r~ 73 i ⁰⁰ S G —{ ~<

>

o c o j :c O

O co to<

'>4

O

Ol λ:

n<

O o

CZ>c a následným mezofilním režimem v rozmezí teplot 20 až 35°C.
4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující setím, že po mechanické separaci se jedna část polotovaru vrací zpět do procesu mechanické separace a druhá část se podrobí procesu kompostace.
5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující setím, že se do surové kejdy přidává uhlíkatý substrát v rozsahu do 50% pevné frakce surové kej dy.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že uhlíkatým substrátem je drcená sláma.
7. Zařízení k provádění způsobujčněkterého z nároků jehož vstupní částí je směšovací nádrž, vyzná cí se tím, že na směšovací nádrž (5) je

1 až 6, č u j ínapoj eno zařízení pro mechanickou separaci, na něž navazuje alespoň jeden kompostovací bioreaktor (1), jehož výstup je jednak napojen na směšovací nádrž (5)., jednak směřuje na úložiště (30) humusového substrátu (31), a alespoň jeden chemický reaktor (18) a alespoň jeden biologický reaktor (19), přičemž výstup kapalné frakce z biologického reaktoru (19) je napojen na vodoteč (32) a odvod (20) kalu z chemického reaktoru (18) a biologického reaktoru (19) je spojen se směšovací nádrží (5).
8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že zařízení pro mechanickou separaci je tvořeno bubnovým sítem (12) a na něj navazujícím pásovým lisem (15), přičemž k pásovému lisu (15) je přiřazen zásobník (23), jehož výstup směřuje jednak k pásovému lisu (15), jednak k bioreaktoru (1).
9. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že směšovací nádrži (5) je předřazeno silo (7) pro uložení uhlíkatých látek.