SK139293A3 - Spôsob výroby hnojív z kvapalných odpadov a zvyškov úrody a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Kvapalné odpady sa priamo zmiešavajú so zvyškami úrody počas mletia odpadov, pričom sa kvapalné odpady adsorbujú na zvyškoch úrody alebo sa v nich absorbujú. Mletý produkt má veľkosť částic od lOOpm do 10pm. Zariadenie obsahuje zásobník (9) na zvyšky úrody, dopravné a dávkovacie zariadenie (10 príp. 11) na prívod a dávkovanie zvyškov úrody, mlecí a miešači stroj (7) a čerpadlo (4).

Description

Vynález sa týka spôsobu výroby hnojív z kvapalných odpadov, hlavne z močovky z chovu zvierat, čistiarenských kalov a pod., pričom sa ku kvapalným odpadom pridávajú zvyšky úrody rozdelené na malé častice, ako kukuričné klasy a slama, jačmenná slama a pod., predovšetkým poínohospodárske výrobky.

Doterajší stav techniky

Terajší stav techniky spracovávania močovky spočíva na dvoch vzájomne odlišných verziách. Podía jednej verzie je pevná zložka, obsiahnutá v močovke ako kvapalnom odpade (t.j. asi 3 až 8 % hmôt. močovky), oddeľovaná od kvapalnej fázy, načo sú obe fázy po vzájomnom oddelení dalej spracovávané. Pevná zložka močovky obsahuje látky cenné ako hnojivo, ale zostáva viac ako 90 % hmôt. močovky v kvapalnom stave, ktoré sú tiež po oddelení pevnej zložky zaťažené zvyškovými zlúčeninami rozpustených látok (predovšetkým zlúčenín dusíka), v dôsledku čoho je neprípustné vypúšťať kvapalnú fázu močovky do povrchových vôd, ako potokov, riek, jazier alebo rybníkov.

V jednom zo zariadení pracujúcich podľa uvedeného princípu sa pevná zložka separovaná z močovky suší pomocou metánu, ktorý sa uvoľňuje pri anaeróbnom spracovaní kvapalnej časti močovky. K usušenej pevnej zložke sa potom pridávajú ešte prísady, čím je zvyšovaná hnojivová hodnota výrobku. Tekutá zložka močovky sa podrobuje anaeróbnemu predbežnému a chemickému následnému spracovávaniu, pričom sa však nemôže dosiahnuť stupeň čistenia požadovaný ekologickými zákonmi, a preto nie je dovolené zavádzanie ani spracovanej kvapalnej zložky močovky do povrchových vôd. Náklady na konštrukčné diely a na prevádzkové prostriedky pre zariadenie spracovávajúce močovku podľa vyššie uvedeného princípu znamenajú investičné a prevádzkové náklady neúmerne vysoké pre dotyčných chovateľov zvierat, a preto vyžadujú verejnú podporu.

Podľa druhej verzie sa močovka neseparuje na jej pevnú zložku a kvapalnú fázu, ale močovka sa ponecháva tak, ako sa vytvára, a zmiešava sa so zvyškami úrody. V najjednoduchšej forme sa to deje pri chove zvierat pri podstieľke slamy v stojiskách v stajniach. Po uskladnení a vyhnití s nasledujúcim kompostovaním vznikne zo stajňového hnoja po určitej dobe hnojivo, aké sa od najstarších dôb vyváža na plochy, ktoré sa majú hnojiť. Viacvrstvový ekologický problém močovky tým však nie je vyriešený.

v spise HU-T62418. Podľa toho strniskách (alebo na iných a uchováva sa zlisovaný na gule. močovky, je treba odpad uložený na menšie častice a rozsekať,

Zlepšenie situácie sa predpokladalo podľa spôsobu popísaného sa poľnohospodársky odpad na miestach vzniku) zhromažďuje Ked potom dôjde k spracovávaniu do gúľ v trhacom stroji rozdeliť až vzniknú kúsky zo slamy alebo iných odpadov s menšou ako 25 milimetrovou veľkosťou, ktoré sa dajú ľahko zmiešať s močovkou. Podľa tohto spisu má byť vznikajúca zmes použiteľná buď po kompostovaní ako hnojivo, alebo sa môže spaľovať na výrobu tepla v automaticky riadených strojoch.

So zmesou vyrobenou podľa vyššie uvedeného dokumentu z odpadov úrody a močovky sa síce dá ľahko a dobre manipulovať, avšak močovka nie je kúskami odpadu veľkými až 25 mm ani úplne nasávaná, ani viazaná a nezisťuje sa tiež, ako ukázal pokus, žiadna reakcia močovky s odpadom. Ide skôr o heterogénnu zmes odpadu a močovky, z ktorej môže močovka ponechaná v jej nezmenenej konzistencii odtekať a presakovať do pod tým ležiacej pôdy, čím je spodná voda ohrozovaná ako doteraz, a tiež nemôže byť potlačený výstup plynov z močovky obťažujúci zápachom, takže navyše je zaťažovaná aj atmosféra. Tieto značné nevýhody neboli doporučovaným kompostovaním zmesi citeľne, a už vôbec nie bez zvyšku, odstránené.

Taktiež sa pokusne zomielali odpady úrody na malé a najmenšie častice a boli čo najdôkladnejšie zmiešavané s močovkou. Kvalita pritom vyrábaného pevného hnojiva bola prekvapujúco vysoká.

Pretože sú však odpady mleté za sucha a vzniknutý produkt mletia sa zmiešava s močovkou, vzriká pri mletí za sucha nebezpečenstvo výbuchu (prachová explózia), akonáhle sa častice dostanú pod určitú veľkosť. Ďalej je treba použiť dva stroje, a to jeden na mletie a druhý na zmiešavanie mletých častíc s močovkou, ako i zariadenie na manipulovanie s (prachovým) mletým produktom, a samozrejme, ochranné opatrenia proti prachovým výbuchom (napríklad pridávanie inertného plynu).

I keď majú týmto spôsobom laboratórne vyrobené hnojivové vzorky značnú kvalitu, dá sa takýto postup sotva odporučiť na použitie vo veľkom technickej rozsahu.

V nemeckom patentovom spise DE-OC 3 927 486 bolo navrhnuté, močovku najprv tak, ako vzniká, predbežne spracovať v nádrži s miešadlom s páleným vápnom (CaO). Pritom dochádza po 1 až 2 hodinách ku kvaseniu. Po jednom dni vznikne penovo-smotanová hmota. V budúcom kroku spôsobu je treba hmotu čerpať do priebežného čerpadla, kde sa na kubický meter hmoty pridáva 500 až 1 000 kg pevnej látky (napríklad zvyškov úrody, dreva alebo zeminy), načo sa tieto materiály drvia. 0 velkosti týchto kusov po rozdrvení nie sú v dokumente uvedené žiadne údaje. Jedná sa o preosiatu stavebnú suť a o narezanú slamu, kôru a pod. Podobne ako podľa HU-T 42418 by sa však mohlo jednať o kúsky s veľkosťou niekoľkých milimetrov. Zmes z močovky vopred spracovanej vápnom a pevných látok je potom treba podľa DE-OS 39 27 486 uložiť na depóniu na dokompostovanie, a tu ju v priebehu 8 dní viackrát premiestňovať a vetrať.

Je preto treba viac dní a je treba vykonať viac spôsobových krokov, kým z močovky vznikne navrhovaný produkt podľa známeho dokumentu. Či tento produkt môže byt bez ohrozenia životného prostredia použitý ako hnojivo, je neisté. Dokument poukazuje na bakteriologickú reakciu (kvasenie po pridaní CaO) a odporúča zachytávať plynný amoniak vznikajúci pri kvasení a zavádzať ho späť do procesu. Či a do akej miery je skutočne zabránené tomu, že sa plyny dostávajú do voľného priestoru, nemožno z dokumentu zistiť. Nemožno tiež zistiť, prečo viazanie penovo-smotanovej hmoty na zvyškoch úrody alebo na iných odpadných látkach by malo byť silnejšie, ako pri procese popísanom v spise HU-T 42418. Preto aj pri postupe podľa DE-OS 39 27 486 môže hroziť nebezpečenstvo, že močovka, prípadne hmota vzniknutá z močovky a páleného vápna, bude vnikať do podzemnej vody.

Podstata vynálezu

Vyššie uvedený rozbor ukazuje zložitosť spracovávania kvapalných odpadov, hlavne močovky a jej zhodnotenia ako hnojiva.

Vynález si kladie za úlohu riešiť aktuálny ekologický problém kvapalných odpadov, vznikajúcich po celom svete v širokom rozsahu, hlavne močovky, hospodárnym a ekologickým spôsobom. Kvapalné odpady, predovšetkým močovka, prispievajú únikom plynov s obťažujúcim zápachom ku globálnemu skleníkovému efektu a k tvorbe ozónovej diery. Okrem toho močovka, kedf je rozprestieraná na pôdu, ohrozuje spodnú vodu, hlavne ak sa močovka spôsobom oddávna používaným tak ako vznikla, používa ako hnojivo na poľnohospodárske plochy postrekom alebo zapravovaním do pôdy pod tlakom. Preto sa podľa alternatívneho spôsobu hľadá cesta, ktorá by riešila problém priebežne vznikajúcich kvapalných odpadov, hlavne močovky, ekologickou cestou, a ktorá by súčasne umožňovala zúžitkovanie látok obsiahnutých v kvapalných odpadoch, hlavne v močovke, ktoré sú cenné pre poľnohospodársky využívané pôdy.

Tento ciel sa dosiahne pri spôsobe vyššie popísaného druhu tým, že podľa vynálezu sa rozdeľovanie zvyškov úrody na malé častice vykonáva súčasne so zmiešavaním s kvapalnými odpadmi, predovšetkým na priemer častíc od 100 μπι do 1 μπι, najmä na priemer častíc niekoľkých mikrometrov, pričom kvapalné odpady sú adsorbované na zvyškoch úrody, prípadne absorbované vo zvyškoch úrody. Pri použití spôsobu podľa vynálezu sa kvapalné odpady vnútorne miešajú s mletými produktmi na mieste. Drvením na častice s priemermi v uvedenom rozsahu je povrch pevných látok aktivovaný v tak veľkom ad- a absorpčnom rozsahu, že kvapalné odpady, hlavne močovka, sú úplne prijímané pevnou látkou a umožňuje sa tak vznik cenného (pevného) hnojivá, ktoré obsahuje všetky látky (živiny pre pôdu), ktoré sú prítomné v mlecích a miešacích zložkách, takže môžu byt nimi pohnojenou pôdou úplne premenené (zreagované).

Hnojivo vytvorené zavádzaním zvyškov úrody spolu s kvapalinami do jedného a toho istého mlecieho zariadenia a zomieľanie oboch zložiek na mieste sa dá, pokiaľ ide o jeho kvalitu v zmysle mechano-chémie (tiež tribochémie), urobiť úplne zrozumiteľným (vidf Mechanochemické reakcie'·, S.Pajakoff, Ôsterr. Chemie-Zeitschr., str. 25-30, 1985). Je známou skúsenosťou, že chemické reakcie môžu byť drvením, trením alebo nárazom, teda prívodom energie, vyvolávané alebo urýchľované. Je tiež známe, že pri (organických) látkach je pri drvení okrem zväčšenia povrchu vyvolávaná aktivizácia povrchu, čo vedie k tomu, že látky na mechanicky silne namáhaných miestach živo reagujú s médiami alebo zložkami, ktoré ich obklopujú. Pre spôsob podľa vynálezu to znamená, že mletím zvyškov úrody s časticami s veľkosťou zrna 0,1 mm až niekoľko μιη sú pevné látky aktivované k čo najväčšej adsorpčnej a reakčnej schopnosti. Dochádza tak k chemickým reakciám organických látok obsiahnutých v kvapalných odpadoch, hlavne močovky so zvyškami úrody, ktoré prebiehajú tak účinne a rýchlo, že konečný produkt môže byt aj bez kompostovania rozprestieraný ako hnojivo vysokej kvality. Pre znázornenie účinku dosiahnuteľného spôsobom podľa vynálezu sa meria zadržiavacia schopnosť vody pre dlhú slamu, narezanú slamu a jemnú slamu (pri 21 C a ovzduší miestnosti) a výsledky merania sú znázornené vo forme pripojeného grafu na obr. 3. Jemná slama sa vyrobila mletím narezanej slamy na práškovité čiastočky s priemerom v oblasti pod 0,1 mm až po niekolko μπι, a spracovala sa tak, že sa raz za sucha zomlela a potom sa v miešadle zmiešala s močovkou (krivka [a]) a v druhom prípade (krivka [b]) sa priamo zmiešala za mokra s močovkou.

V oboch verziách boli velkosti častíc a vo svetelnom mikroskope vyšetrované roztrhané bunkové štruktúry častíc rovnaké.

Z diagramu je zrejmá malá zadržiavacia schopnosť dlhej slamy a narezanej slamy. Dlhá slama je oddávna používaná podstielka pri chove domácich zvierat v poľnohospodárstve a narezaná slama sa odporúča vo vyššie zmienenom dokumente HU-T42418. Velmi výrazne lepšia je zadržiavacia schopnosť vody pri jemnej slame podlá krivky [a], kde až po 18 hodinách bolo vydaných 35 % obsahu vody. Výsledok pri použití spôsobu podlá vynálezu ukazuje krivka [b]. Tu dochádza len celkom na začiatku pozorovacieho obdobia 18 hodín k strate vody. V praxi to však znamená len to, že spracovaný produkt nemá byť bezprostredne po odobraní z mlecieho a miešacieho stroja rozvážaný, ale skôr má byť niekolko hodín medziskladovaný. Obsah vody po prebytkovej vode je pri spôsobe podlá vynálezu prakticky nedelitelne viazaný v produkte.

Spôsob podlá vynálezu môže byt ešte ďalej zjemnený, keď majú byť spracovávané kvapalné odpady, hlavne močovka, ktorých pH hodnota leží mimo rozsahu 7,5 až 9,0. V takýchto prípadoch je odporučítelné pridávanie ekologicky prijatelných pH-regulátorov, napríklad kyseliny octovej (na zníženie hodnoty pH) alebo vápna (ako zásada pre zvýšenie hodnoty pH). Môže byt tiež použitý peroxid vodíka.

Pri použití spôsobu podlá vynálezu sú problémy zhodnocovania kvapalného odpadu obsahujúceho organické odpady, napríklad močovku, v jednom jedinom spôsobovom kroku hospodárne a ekologicky vyriešené.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom popise na príklade vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje:

obr. 1 základnú schému zariadenia na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu, obr. 2 perspektívny detail zariadenia, obr. 3 ukazuje už skôr popísané grafické znázornenie schopnosti zadržiavania vody pri spôsobe podľa vynálezu vo vzťahu k iným spôsobom a surovinám.

Príklad vyhotovenia vynálezu

Na obr. 1 je znázornená nádrž 2, ktorej je cez prívod 1 privádzaná močovka, ktorá sa má spracovávať. Z tejto nádrže je kvapalný odpad (močovka) dávkované zavádzaná prostredníctvom čerpadla 4. cez regulačný vetil 6 do spracovávacieho procesu. Keď je hodnota pH močovky pod 7,5 a nad 9,0, je účelné privádzať cez ďalší prívod 3. zodpovedajúce regulátory pH na nastavovanie hodnoty pH, ktorá je pre močovku optimálna. Optimálny je rozsah 7,5 až 9,0. Ako regulátory pH možno doporučit ekologicky prijateľnú látku kyselinu octovú (na znižovanie hodnoty pH) alebo (hasené) vápno (ako zásadu na zvyšovanie pH). Čerpadlo môže byť Mohno-čerpadlo, ktoré močovku privádza z nádrže 2 cez prívod 5 v množstve nastaviteľnom v regulačnom ventile do mlecieho a miešacieho stroja 7. Tu prichádza močovka do styku s odpadmi z úrody, ktoré boli predtým zavedené cez prívod 8 zásobníka 9 a tu medziskladované. Cez dopravné zariadenie 10 po dávkovaní v dávkovacom zariadení 11. s výhodou skrutkovicovom dávkovacom zariadení alebo hradítku s bunkovým kolesom, sa dostávajú zvyšky úrody do mlecieho a miešacieho stroja 7. Tu prebieha mletie pevných látok na častice, ktorých priemer má niekoľko mikrometrov. Súčasne sa častice miešajú s močovkou. Vytváraný produkt je zachytávaný v zbernom zásobníku 12 a môže byť z neho odoberaný cez klapku 13.

Obr. 2 znázorňuje mlecí a miešací stroj 7 s prívodom 5 pre močovku a dopravné zariadenie 10 s dávkovacím zariadením 11 pre zvyšky úrody (organické pevné látky) vo väčších podrobnostiach. Na zomletie zvyškov úrody (organických pevných látok) a na zmiešavanie na mieste s hnojovicou sa osvedčili mlyny s kotúčmi opatrenými čapmi, ako sú znázornené na veku (na obr. 2 znázornenom v otvorenom stave) a tiež na rotore. Namiesto kotúčov s čapmi však môžu byt použité tiež iné rozmrvovacie nástroje, napríklad kyvadlové tíčiky, kladivové kríže alebo kotúče, vírové motory alebo tiež rezacie nože.

Mlecí a/alebo miešací stroj s priepustnosťou cca 2 000 litrov/hod. močovky (podiel pevných látok cca 8 % hmôt.) môže spracovávať pri počte otáčok 6 000 za minútu až 600 kg odpadu úrody (jačmenná slama, kukuričné stonky a klasy) za hodinu. Potrebný hnací výkon je rádovo 20 kw. Kvalita pritom vyrobeného hnojiva zodpovedá požiadavkám podlá rakúskej normy S 2200. Hnojivo je tak ekologicky nezávadné v zmysle najprísnejších kvalitatívnych predpisov. Rovnaké požiadavky na kvalitu spĺňa aj hnojivo vyrábané spôsobom podlá vynálezu ako tekutý odpad z čistiarenských kalov. Výroba hnojiva sa môže pritom vykonávať napríklad mlecím a miešacím strojom, ktorý pri priepustnosti cca 5 000 1/hod. kalov s cca 750 kg/hod. odpadov úrody (napr. jačmennej slamy) pri počte otáčok 6 000 za minútu poskytuje pevné hnojivo. Keď sú pripravované kvapalné odpady zaťažené ekologicky škodlivými zložkami, napríklad ťažkými kovmi, môžu byť tieto zložky z tekutiny odstraňované bežným spôsobovým krokom, predradeným spôsobu podlá vynálezu, a môžu byť oddelene ukladané na skládku alebo znovu zhodnocované. Pokial sa použitý kvapalný odpad mení z hladiska jeho obsahu pevných látok, tak sa v tej miere, o ktorú poklesol obsah pevných látok, pridáva spôsobom podlá vynálezu viac zvyškov úrody. Močovka sa pohybuje, pokial ide o obsah pevných zložiek, v rozmedzí od 1 do 12 % a spravidla leží obsah pevných zložiek medzi 3 až 8 % hmôt.

Claims (4)

1. Spôsob výroby hnojiva z kvapalných odpadov, predovšetkým močovky z chovu zvierat, čistiarenských kalov a pod., pričom sa ku kvapalným odpadom pridávajú zvyšky úrody delené na malé častice, ako sú kukuričné klasy a slama, jačmenná slama a podobne, hlavne poínohospodárske produkty, vyznačujúci sa tým, že rozdeľovanie zvyškov úrody na malé častice sa vykonáva súčasne s miešaním s kvapalnými odpadmi, predovšetkým na priemer častice od 100 μπι do 1 μπι, najmä na priemer častíc niekoľkých mikrometrov, pričom sa kvapalné odpady adsorbujú na zvyškoch úrody, alebo sa v nich absorbujú.

2. Spôsob podlá nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hodnota pH kvapalných odpadov, hlavne močovky, sa pred/a počas ich dotyku a miešaním so zvyškami úrody nastavuje tak, že sa zamedzí unikaniu plynov z kvapalných odpadov, pridávaním ekologicky prijatelných kyselín alebo zásad, s výhodou kyseliny octovej alebo (haseného) vápna, alebo peroxidu vodíka.

3. Spôsob podlá nároku 2, vyznačujúci sa tým, že hodnota pH sa nastavuje na 7,5 až 9,0.

4. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podlá ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že obsahuje zásobník (9) na zvyšky úrody a dopravné a dávkovacie zariadenie (10, príp. 11) pre prívod a dávkovanie zvyškov úrody zo zásobníka (9) do mlecieho a miešacieho stroja (7), v ktorom sú zvyšky úrody miešané s kvapalnými odpadmi privádzanými do mlecieho a miešacieho stroja (7) cez čerpadlo (4), a zvyšky úrody sú mleté prostredníctvom relatívne voči sebe pohyblivých strojových prvkov, ako obiehajúcimi kotúčmi opatrenými čapmi alebo kyvadlovými tíčikmi, kladivovými drviacimi krížmi alebo drviacimi kotúčmi, motormi s vírivými prúdmi alebo rotormi s reznými nožmi, na priemer častíc medzi 100 μπι a niekolko mikrometrov.