Спосіб переробки рідкого гною та стоків тваринницьких комплексів

Спосіб переробки рідкого гною та стоків тваринницьких комплексів шляхом отримання водногнойової суміші і її диспергування гідроударною дією на суміш частотою від 400 до 2500 Гц з одночасним введенням солей мікроелементів, який відрізняться тим, що водно-гнойову композицію з вмістом твердих органічних і мінеральних компонентів до 30 % пропускають в реакторі через і над шаром гранул металів, вибраних з групи цинк, залізо, мідь, марганець, магній, кобальт, молібден, срібло, де здійснюється їх ерозійно-вибухове диспергування до наночастинок імпульсами електричного струму з одночасним диспергуванням органічних речовин внаслідок гідроударної дії кавітації і ультрафіолетового опромінення реакційної суміші сонолюмінесценцією та іскровими розрядами; тривалість імпульсів електричного струму установлюють від 200 до 250 мкс, енергією імпульсів - від 100 до 120 Дж., а температуру водно-гнойової суміші - від 20 до 100° і регулюють шляхом зміни швидкості прокачування її через реактор. UA (21) a200804724 (22) 14.04.2008 (24) 11.07.2011 (46) 11.07.2011, Бюл.№ 13, 2011 р. (72) МЕЛЬНИЧУК ДМИТРО ОЛЕКСІЙОВИЧ, КОПІЛЕВИЧ ВОЛОДИМИР АБРАМОВИЧ, КАПЛУНЕНКО ВОЛОДИМИР ГЕОРГІЙОВИЧ, КОСІНОВ МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ (56) «Использование навоза свиней на удобрения", Госагропромиздат - 1990. - С.29-30. Журнал "Ветеринария". 1990, №12. - С.17-18. Посібник "Механизация уборки и утилизации навоза" -М.: Колос. - 1982. - С.216-217. RU C1 2258686, 20.08.2005. UA A 53511, 15.01.2003. UA A66586, 17.05.2004. UA U 23550, 25.05.2007. UA U 21128, 15.02.2007. RU 2296731, 10.11.2006. RU C1 2350587, 05.07.2007. SU 1456206, 07.02.1989. C2 2 (19) 1 3 ребує великих затрат часу, механічне фільтрування і центрифугування - значних енергозатрат, і вони в сукупності не забезпечують при практичній реалізації повного знезаражування навіть при додаванні вапна. Крім того, недоліком способіваналогів є те, що проблема використання у якості добрива твердої фракції і надлишкового активного мулу за санітарними показниками (наявності яєць гельмінтів, патогенної мікрофлори) залишається не вирішеною, а в очищеній рідкій фракції залишаються розчинні токсичні речовини, здатні забруднювати водне середовище. Найбільш близьким до пропонованого винаходу є спосіб переробки гною шляхом відділення вихідної сировини від сторонніх домішок з подальшим диспергуванням органічної складової, при якому перед диспергуванням в органічну складову вводять воду до отримання водно-гнойової суміші. Диспергування здійснюють в процесі циркуляції водно-гнойової суміші по замкнутому контуру протягом 15-240 хвилин із гідроударною дією на суміш частотою від 400 до 2500 Гц. При цьому у водногнойову суміш вводять мікроелементи [Патент России №2258686. Способ получения органического удобрения. C05F 3/00. Опубл. 2005.08.20]. Недоліками цього способу переробки гною є низька ефективність диспергування органічної складової, відсутність дезинфекції суміші і введення мікроелементів у вигляді хімічних солей, що не дозволяє отримувати стійкі рідкі композиції з ефективною біологічною дією. Винаходом ставиться задача створення такої технології переробки гною і рідких стоків тваринницького комплексу, яка забезпечує високу ефективність диспергування органічної складової у водній суміші, ефективне її знезараження і збагачення рідкої фази мікроелементами у вигляді наночастинок, що в комплексі дозволяє отримувати ефективне і екологічно чисте рідке органомінеральне добриво. Поставлена винаходом задача досягається тим, що у ерозійно-вибуховій нанотехнології переробки рідкого гною та стоків тваринницьких комплексів, що включає отримання водно-гнойової суміші і її диспергування гідроударною дією частотою від 400 до 2500 Гц з одночасним введенням солей мікроелементів, згідно винаходу водногнойову суміш з вмістом твердих органічних і мінеральних компонентів до 30 %, пропускають в реакторі через і над шаром гранул металів, вибраних з групи: цинк, залізо, мідь, марганець, магній, кобальт, молібден, срібло, де здійснюють їх ерозійно-вибухове диспергування до наночастинок імпульсами електричного струму, з одночасним диспергуванням органічних речовин внаслідок гідроударної дії кавітації та ультрафіолетового опромінення реакційної суміші сонолюмінесценцією і іскровими розрядами. Для переробки рідкого гною і стоків тваринницького комплексу використовують спосіб ерозійновибухової обробки водно-гнойових композицій. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів до наночастинок у водному середовищі описано в патенті України на корисну модель №23550 [Спосіб ерозійно-вибухового диспергування мета 95082 4 лів. B22F 9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл. №7]. Для цього у рідких суспензіях стоків тваринницьких ферм або водно-гнойових сумішах, з яких попередньо видалені механічним шляхом грубі сторонні домішки, органічні компоненти піддають диспергуванню шляхом гідроударної дії на суміш з одночасним введенням мікроелементів у вигляді наночастинок. За процедурою винаходу, водно-гнойову суміш пропускають через або над шаром металевих гранул, які піддають ерозійно-вибуховому диспергуванню імпульсами електричного струму. Під час проходження імпульсів струму через ланцюжки, утворені металевими гранулами, між окремими гранулами виникають електричні розряди. Під дією електричних розрядів в рідкому середовищі розвиваються значні гідродинамічні сили і виникають ультразвукові хвилі, які призводять до кавітації. При кавітації ультразвукова хвиля у фазі розрідження спричиняє велику напруженість в рідині, що приводить до локального розриву суцільного середовища і створення в ній бульбашок, заповнених водяною парою і розчиненими у воді газами. Через півперіоду під дією стискуючого ефекту ультразвуку і сил поверхневого натягу ці бульбашки схлопуються (лопаються). Оскільки при кавітації виникає велика кількість кавітаційних бульбашок, які при схлопуванні виділяють енергію, то це приводить до руйнування (подрібнення) різних включень у водно-гнойовій суміші. У момент схлопування бульбашки із неї виривається спалах сонолюмінесцентного випромінювання. Світло випромінює хмарка плазми, яка запалюється в центрі бульбашки, що схлопується. Швидкість схлопування бульбашки рівна 1-1,5 км/сек. Надзвуковий рух породжує потужні ударні хвилі стиснення і розтягування в рідині. Після того, як ударна хвиля досягне центру, вона відіб’ється, і почне поширюватися назовні. В результаті, через дану точку рідини ударна хвиля проходить двічі; при цьому збільшується температура. Температура плазми при сонолюмінесценції складає десятки тисяч градусів. Спектр випромінювання при сонолюмінесценції суцільний і росте в ультрафіолетову область. Ударні хвилі, що виникають при кавітації, і ультрафіолетове випромінювання від сонолюмінесценції і іскрових розрядів приводить до загибелі патогенних бактерій, гельмінтів, а також яєць гельмінтів, що знаходяться у водно-гнойовій суміші. Під дією потужних ультразвукових хвиль здійснюється гідроударна дія на суміш, що приводить до диспергування органічної складової гнойової суміші. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарюваного металу, в точках контактів металевих гранул одна з одною виникають іскрові розряди, де відбувається вибухоподібне диспергування металу. У каналах розряду температура досягає 10000 градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені металеві наночастинки, що розлітаються, потрапляють в рідину і насичують водно-гнойову суміш мікроелементами. При цьому 5 метал можна вибирати із групи, що складається з цинку, заліза, міді, марганцю, магнію, кобальту, молібдену, срібла. Приклад 1. Гранули заліза завантажують в розрядну камеру для ерозійно-вибухового диспергування, які розміщуються на дні камери між електродами. Водно-гнойову суміш з вмістом 4,5 % органічної речовини пропускали через шар металевих гранул і над шаром металевих гранул. На електроди подають імпульси електричного струму тривалістю 250мкс; енергія імпульсів при цьому досягає 120 Дж. У розрядній камері, де проходять електричні розряди по ланцюжках металевих гранул, процес має виражений вибуховий характер, що виявлялося у великій інтенсивності звукових хвиль і кавітації в рідині. Під дією кавітації здійснювалася гідроударна дія на водно-гнойову суміш і ерозійно-вибухове диспергування гранул заліза. Температура водно-гнойової суміші в інтервалі від 15 до 100 °С регулювалась шляхом зміни швидкості прокачування її через розрядну камеру. Внаслідок здійснення даного способу одержують ультрадисперсну суспензію, де вміст розчине3 ного заліза складає 3,7-130 мг/дм , органічної ре3 човини 0,25-0,60 г/дм , загального азоту 198-252 3 мг/дм , рН розчину від 7,8 до 9,3. За цими характеристиками розчин придатний для живлення рослин. Приклад 2. Гранули цинку завантажують в розрядну камеру для ерозійно-вибухового диспергування, які розміщуються на дні камери між електродами. Водно-гнойову суміш з вмістом 5 % органічних і мінеральних речовин пропускають через і над шаром гранул металу. На електроди подають імпульси електричного струму тривалістю 200 мкс; енергія імпульсів при цьому досягає 100 Дж. У розрядній камері, де проходять електричні розряди по ланцюжках гранул металу, процес має виражений вибуховий характер, що виявлялося у великій інтенсивності звукових хвиль і кавітації в рідині. Під дією кавітації здійснено гідроударну дію на водно-гнойову суміш і відбулося ерозійновибухове диспергування гранул цинку. Температура водно-гнойової суміші в інтервалі від 20 до 100 °С регулювалась шляхом зміни швидкості прокачування її через розрядну камеру. Внаслідок здійснення даного способу одержують ультрадисперсну суспензію, де вміст розчине3 ного цинку складає 11-51 мг/дм , органічної речо3 вини 0,15-0,21 г/дм , загального азоту 186-193 3 мг/дм , рН розчину від 10,2 до 10,7. За цими характеристиками розчин придатний для підживлення рослин. Приклад 3. Гранули заліза завантажують в розрядну камеру для ерозійно-вибухового диспергування, які розміщуються на дні камери між електродами. Як додаткові добавки використовували дисперсні порошки срібла і міді. Водно-гнойову суміш з вмістом 5 % органічних і мінеральних речовин пропускають через і над шаром гранул металів. На електроди подають імпульси електричного струму тривалістю 250 мкс; енергія імпульсів при цьому досягає 120 Дж. У розрядній камері, де проходять електричні розряди по ланцюжках гранул заліза, міді і срібла процес має виражений 95082 6 вибуховий характер, що виявлялося у великій інтенсивності звукових хвиль і кавітації в рідині. Під дією кавітації здійснено гідроударну дію на водногнойову суміш і відбулося ерозійно-вибухове диспергування гранул заліза, міді і срібла. Температура водно-гнойової суміші в інтервалі від 15 до 50 °С регулювалась шляхом зміни швидкості прокачування її через розрядну камеру. Внаслідок здійснення даного способу одержують ультрадисперсну суспензію, де вміст розчине3 ного заліза складає 94-110 мг/дм , міді 0,6-2,6 3 3 мг/дм , органічної речовини 0,52-0,56 г/дм , зага3 льного азоту 177-270 мг/дм , рН розчину від 8,5 до 9,2. За цими характеристиками розчин придатний для підживлення рослин. Приклад 4. Гранули цинку завантажують в розрядну камеру для ерозійно-вибухового диспергування, які розміщуються на дні камери між електродами. Як додаткові добавок використовували дисперсні порошки срібла і міді. Водно-гнойову суміш з вмістом 3,5 % органічних і мінеральних речовин пропускали через і над шаром гранул металів. На електроди подавали імпульси електричного струму тривалістю 200 мкс; енергія імпульсів при цьому досягала 100 Дж. У розрядній камері, де проходять електричні розряди по ланцюжках гранул цинку, міді і срібла, процес має виражений вибуховий характер, що виявлялося у великій інтенсивності звукових хвиль і кавітації в рідині. Під дією кавітації здійснено гідроударну дію на водно-гнойову суміш і відбулося ерозійновибухове диспергування гранул цинку, міді і срібла. Температура водно-гнойової суміші складала 20 °С і регулювалась шляхом зміни швидкості прокачування її через розрядну камеру. Внаслідок здійснення даного способу одержують ультрадисперсну суспензію, де вміст розчине3 3 ного цинку складає 6,5 мг/дм , міді 1,0 мг/дм , ор3 ганічної речовини 0,57 г/дм , загального азоту 241 3 мг/дм , рН розчину 7,9. За цими характеристиками розчин придатний для підживлення рослин. Приклад 5. Гранули цинку завантажують в розрядну камеру для ерозійно-вибухового диспергування, які розміщуються на дні камери між електродами. Як додаткові добавки використовували дисперсні порошки заліза, кобальту, міді і магнію. Водно-гнойову суміш з вмістом 3,5% органічних і мінеральних речовин пропускали через і над шаром гранул металів. На електроди подавали імпульси електричного струму тривалістю 200 мкс; енергія імпульсів при цьому досягала 100 Дж. У розрядній камері, де проходять електричні розряди по ланцюжках гранул цинку, заліза, кобальту, міді і магнію процес має виражений вибуховий характер, що виявлялося у великій інтенсивності звукових хвиль і кавітації в рідині. Під дією кавітації здійснено гідроударну дію на водно-гнойову суміш і відбулося ерозійно-вибухове диспергування гранул цинку, заліза, кобальту, міді і магнію. Температура водно-гнойової суміші складала 50°С і регулювалась шляхом зміни швидкості прокачування її через розрядну камеру. Внаслідок здійснення даного способу одержують ультрадисперсну суспензію, де вміст розчине3 3 ного цинку складає 0,4 мг/дм , заліза 3,2 мг/дм , 7 95082 3 8 3 міді 0,3 мг/дм , органічної речовини 0,14 г/дм , за3 гального азоту 228 мг/дм , рН розчину 9,6. За цими характеристиками розчин придатний для підживлення рослин. При ерозійно-вибуховій обробці водногнойових суспензій крім значного диспергування їх речовинних компонентів відбувається зміна складу рідкої фази за вмістом інгредієнтів, які визначають придатність продукту для використання як поживних композицій для рослин - наявність азоту, органічних речовин, мікроелементів, рН. В таблиці 1 наведено дані щодо збагачення продукту ерозійно-вибухової обробки стоків наночастинками заліза (за прикладом 1). Таблиця 1 Зміна складу стічних вод ферми при використанні як коагулянту заліза в залежності від температури обробки Таблиця 2 Зміна складу стічних вод ферми при використанні як коагулянту цинку в залежності від температури обробки Темпера- Вміст органіАзот заЦинк, тура сумі- чної речовирН 3 гальний, мг/дм 3 3 ші, °С ни г/дм мг/дм 100 0,205 50,60 186,4 10,28 20 0,145 11,00 193,3 10,72 В табл. 3 наведено дані (за прикладом 3) про вплив на склад продукту обробки стічної води одночасного введення як коагулянту порошку заліза та міді і срібла. Таблиця 3 Темпера- Вміст орга- Залізо Азот загатура су- нічної речо- загальне, льний, рН 3 3 міші, °С вини г/дм мг/дм мг/дм 100 0,245 3,73 198,1 8,78 50 0,570 87,30 224,2 9,29 15 0,603 130,10 251,6 7,83 За даними, наведеними в таблиці 1, встановлено, що із зменшенням температури реакційної маси, тобто скороченням тривалості її перебування в зоні реактора ерозійно-вибухового диспергування, вміст заліза, органічної речовини і загального азоту в рідкій фазі збільшується і це є свідченням підвищення її поживної цінності для рослин. За даними, наведеними в таблиці 2 (за прикладом 2), встановлено, що із збільшенням температури реакційної маси, тобто зростанням тривалості її перебування в зоні реактора ерозійновибухового диспергування, вміст цинку, органічної речовини в рідкій фазі збільшується і це є свідченням підвищення її поживної цінності для рослин. Зміна складу стічних вод ферми при використанні як коагулянту суміші заліза, міді і срібла Вміст орТемпераганічної тура суречовини міші, °С 3 г/дм 50 0,56 15 0,52 Залізо загальне, 3 мг/дм 50,60 11,00 Азот загаМідь, рН 3 льний, мг/дм мг/дм 177 9,2 0,6 270 8,5 2,6 Встановлено, що при використанні як коагулянту суміші заліза з міддю і сріблом, при підвищенні температури реакційної маси від 15 до 50 °С у розчині накопичується більше заліза і менше міді. Це дозволяє регулювати співвідношення між ними в залежності від потреб. За результатами, одержаними згідно прикладу 4, встановлено, що в ультрадисперсній суспензії цільового продукту вміст розчиненого цинку скла3 3 дає 6,5 мг/дм , міді 1,0 мг/дм , органічної речовини 3 3 0,57 г/дм , загального азоту 241мг/дм , рН розчину 7,9. За цими характеристиками розчин придатний для мікроелементного підживлення рослин. В таблиці 4 наведено дані (за прикладом 5) про вплив одночасного введення як коагулянту порошку заліза, цинку, міді, кобальту і магнію для ерозійно-вибухової обробки стічної води тваринницької ферми на склад кінцевого продукту. Температура водно-гнойової суміші в даному випадку складала 50 °С і регулювалась шляхом зміни швидкості прокачування її через розрядну камеру. Таблиця 4 Зміна складу стічних вод ферми при використанні як коагулянту суміші заліза, цинку, міді, кобальту і магнію Вміст органічної Залізо зага- Азот загальний, 3 3 речовиниг/дм льне, мг/дм мг/дм 0,14 3,2 228 рН 9,6 В даному випадку одержано підтвердження про можливість збагачення рідкої фази цільового продукту одночасно групою наночастинок мікроелементів. Цинк, 3 мг/дм 0,4 Кобальт, 3 мг/дм 0,2 3 Мідь, мг/дм Магній, мг/дм 0,3 0,9 Мікробіологічними дослідженнями встановлено, що ударні хвилі, які виникають при кавітації, і ультрафіолетове випромінювання від сонолюмінесценції та іскрових розрядів призводять до дезин 9 95082 фекції продукту ерозійно-вибухової обробки водно-гнойових сумішей і це виявляється у зменшенні вмісту в розчині патогенних бактерій, гельмінтів, а також яєць гельмінтів. Побічним свідченням цього 10 також є зменшення показника окисності рідкої фази (табл. 5), як продукту обробки, який характеризує наявність відновників органічної природи (мікроорганізмів). Таблиця 5 Зміна показника окисності оброблених стічних вод ферми при використанні як коагулянтів заліза, міді, срібла, цинку, кобальту, магнію Склад коагулянту для обробки стічних вод Характеристики оброблених стоків Без обробки Температура реакційної маси, °С 3 Окисність, мгО2/дм Залізо Залізо + мідь + срібло Цинк Цинк + мідь + срібло Цинк + залізо + мідь + кобальт + магній 15-20 15 20 20 20 50 1390 1390 1056 1007 767 875Розроблений спосіб ерозійно-вибухової переробки рідкого гною і стоків тваринницьких ферм придатний для обробки водно-гнойових сумішей з Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков вмістом твердих органічних і мінеральних компонентів до 30 %. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601