Очистка жидкой фракции навоза

Жидкие стоки животноводческих ферм проще использовать без дополнительной обработки. Так поступают на некоторых крупных животноводческих фермах и комплексах. Например, на свиноводческом комплексе в совхозе имени 50-летия СССР Калининской области полученную в отстойниках жидкую фракцию навоза подают насосами 4НФ на поля орошения, оборудованные на площади 360 га.

Подача жидкости осуществляется по коллектору, который проходит по всем полям орошения, разбитым на участки. Через каждые 150 - 200 м на оросительной сети есть гидранты.

Поля орошения оборудованы также дренажной системой, выполненной из керамических труб диаметром 50 мм, уложенных на глубину 1,5 - 2 м с уклоном в сторону сборного коллектора. Расстояние от одной дренажной нитки до другой составляет 150 - 200 м.

Профильтрованные через слой грунта стоки попадают в дренажную сеть и самотеком по сборному коллектору поступают в центральный магистральный канал, а оттуда - в реку.

Такое использование жидких фермских стоков на оборудованных полях орошения позволяет, с одной стороны, получать высокие и устойчивые урожаи кормовых культур, а с другой - очищать стоки слоем грунта толщиной 1,5 - 2 м до состояния готовности их сброса в открытые водоисточники. Очистка стоков с помощью грунта и культивируемых на полях орошения растений наиболее эффективна для теплого времени года. Зимой эти стоки на полях орошения замерзают и в весенний период с талыми водами могут быть унесены без очистки в открытые водоемы.

К недостатку этого метода очистки стоков можно отнести и распространение неприятного запаха в период использования жидкой фракции навоза, особенно методом дождевания, а также неравномерное использование стоков на полях.

Для устранения этих недостатков при накоплении большого количества жидкости, содержащей органические вещества в растворенном, коллоидном и мелкодисперсном состоянии, необходимо иметь интенсивные краткосрочные способы ее очистки. Наиболее распространенными являются биологические методы с активной аэрацией в специальных устройствах.

Система полной биологической очистки свиноводческих стоков предусмотрена на комплексе по выращиванию и откорму свиней "Кузнецовский". Жидкая фракция навоза от разделительных установок очистных сооружений подается в вертикальные отстойники, после 3-часового отстаивания осадок отделяется, а жидкость направляется на первую ступень биологической очистки, включающую аэротенки глубиной до 5 м с вертикальными роторными аэраторами. Общая емкость этих аэротенков рассчитана на 2-суточное пребывание в них навозной жижи.

Очистка жидкости в аэротенках протекает наиболее активно при температуре 17-20°С и при наличии в ней активного ила. Поэтому аэротенки первой ступени очистки размещают в помещениях, обогреваемых в холодное время года.

В процессе биологической очистки принимают участие интенсивно развивающиеся микроорганизмы активного ила, которые в процессе жизнедеятельности извлекают растворенные в жидкости органические вещества, а также вызывают коагуляцию и осаждение органических веществ, находящихся в коллоидном и мелкодисперсном состоянии.

Биологическая очистка проходит непрерывно в течение суток, с одной стороны аэротенка подается потоком исходная жидкая фракция на очистку, с другой стороны в отстойники стекает такое же количество жидкости, прошедшей через весь аэротенк.

Жидкость, прошедшая первую ступень биологической очистки, после отделения осадка в отстойниках подается на вторую ступень очистки. Практически такую жидкость можно использовать в качестве оборотной воды для гидроудаления навоза из свинарников по закрытой системе гидроудаления, так как при очистке достигается ее дезодорация.

Выделенный в отстойниках осадок - активный ил, большая часть которого (до 80 %) перекачивается насосом обратно в аэротенк, а его избыток (до 20 %) подают на фильтрующие центрифуги для обезвоживания и дальнейшего использования в качестве органических удобрений.

Аэротенки второй ступени очистки рассчитаны на суточное пребывание в них жидкости, которая здесь аэрируется с помощью пневматических аэраторов. Затем она поступает в отстойники. После отделения взвесей жидкость направляют в пруд-накопитель.

Необходимость строительства сборного пруда-накопителя обусловлена тем, что при двухступенчатой очистке не достигается очистка свиноводческих стоков до кондиции, при которой допускается сброс жидкости в открытые водоисточники. Так, если БПК₅ для воды, допускаемой к сбросу в открытые водоисточники, не должна превышать 5 мг/л, то в прошедшей двухступенчатую биологическую очистку воде БПК₅. находится на уровне 30 мг/л. В таком случае пруд-накопитель является третьей ступенью биологической очистки, где происходит доочистка жидкости.

Помимо использования аэротенков для очистки жидкой фракции навоза в ряде хозяйств используют различного типа окислительные канавы и биологические пруды, оборудованные в помещениях и вне их. Глубина биологических прудов не должна превышать 1,2 м, что связано с особенностью процесса аэрации в них: аэрация поверх-ностная, в которой глубинные слои жидкости не принимают участия.

Эффективность биологических прудов возрастает, если их заселяют зелеными водорослями, которые активно используют растворенные органические вещества воды для своей жизнедеятельности.

Для очистки животноводческих стоков следует устраивать многоступенчатые биологические пруды, в первых ступенях которых очистка воды протекает в основном с помощью водной растительности. На нижних ступенях вода очищается как от оставшихся веществ с помощью микроорганизмов, так и от остатков растительности с помощью рачков.

Несмотря на отмеченные достоинства открытых биологических прудов, в которых очистка воды может проходить до нужных кондиций, самостоятельного значения для животноводческих объектов они не имеют и эффективны лишь в теплое время года.

Использовать биологические пруды целесообразно в сочетании с полями орошения, где они выполняют роль буферных емкостей для приема сточных вод в периоды, когда поля не нуждаются в орошении, или в сочетании с другими очистными сооружениями, работа которых не зависит от сезона года.

В последнем случае биологические пруды необходимы для доочистки сточных вод до необходимых кондиций.

Для доочистки животноводческих стоков, получаемых после биологической очистки, можно использовать биологические фильтры, применяемые для доочистки бытовых стоков. Однако такую доочистку можно проводить только водой, не содержащей значительного количества органических веществ и не дающей большого прироста биопленки.

Интенсивная доочистка воды после двухступенчатой ее биологической очистки проходит в камере флокуляции под влиянием химических реагентов, затем ее подают в отстойники, а после - на биофильтры.

Биофильтры бывают двух типов: стандартные и высоконагруженные. По конструкции они не отличаются друг от друга: сооружения башенного типа, наполненные крупными кусками заполнителей, а также гравием, щебнем или Другими материалами. На поверхности заполнителя образуется биопленка, содержащая различные микроорганизмы и выполняющая роль активного ила. Стандартные биофильтры работают по принципу однократного пропуска сточных вод. В высоконагружных биофильтрах очищаемые воды пропускают многократно. Производительность стандартных биофильтров - 4, а высоконагружных - 10 м³/м² в сутки.

Высота биофильтра определяется степенью загрязненности поступающей на очистку воды, не превышающей допустимых пределов. ВПК поступающей жидкости - 250, 300, 350, 450, 500; высота биофильтра (в м) - соответственно 8, 10, 12, 14, 16 (СНиП 11-Г, 6-62).

Очистка воды на биофильтрах зависит от ее температуры, в связи с этим определяется и нагрузка на биофильтры (табл. 20).

Таблица 20. Допустимая нагрузка на башенные биофильтры, г/м3 в сутки

Согласно СНиП 11-Г. 6-62, при среднегодовой температуре воздуха в помещениях биофильтра до 3°С наибольшая допустимая нагрузка БПК₂₀ на 1 м² биофильтра в сутки не должна превышать 1700, а при температуре 6°С - не более 3000 г/м₃.

Доочищенную таким методом воду можно эффективно использовать после обеззараживания для всех технических нужд хозяйства. Обеззараживание проводят хлорированием или озонированием в соответствии со СНиП "Канализация. Наружные сети и сооружения". Контролем качества обеззараживания является колииндекс и остаточный хлор. Колииндекс - это содержание в 1 л воды числа бактерий группы кишечной палочки, которое не должно превышать 2 - 3 единиц. Остаточный хлор в обеззараженной воде должен быть не ниже 1,5 мг/л.

Доочищенные и обеззараженные воды можно сбрасывать в открытые водоисточники. Но целесообразнее их на каждом животноводческом комплексе использовать в качестве технической воды, для чего предусматривать линию технической воды на производственных участках.

Повторное использование животноводческих стоков является прогрессивным направлением, позволяющим в значительной мере сократить сброс сточных вод в открытые водоисточники и уменьшить тем самым их загрязнение, а также это важный шаг на пути к созданию бессточных предприятий.

Следует еще раз напомнить, что для гидроудаления навоза по закрытой системе каналов можно использовать воду после первой ступени биологической очистки, что в значительной степени удешевляет процесс приготовления оборотной воды.

Стоимость биологической обработки жидких стоков колеблется в широких пределах, поскольку применяются различные типы емкостей для аэрирования стоков, аэраторов и других механизмов. Одних только поверхностных аэраторов существует более четырех типов: восходящие и нисходящие, пластинчатые и щеточные. Аэраторы восходящего типа перекачивают большое количество жидкости к ее поверхности при относительно небольшой затрате энергии; нисходящего тина - поставляют кислород с воздухом, который втягивается в жидкость благодаря вращающейся лопасти или пропеллеру. Пластинчатый аэратор - это вращающаяся пластина с вертикальными лопастями, которые создают турбулентность на поверхности для высокой степени насыщения очищаемой жидкости кислородом.

Аэратор щеточного типа состоит из горизонтально вращающегося вала, к которому крепятся лопасти, частично погруженные в жидкость.

Эффективность биологической или иной очистки повышается по мере понижения загрязненности стоков органическими примесями: чем меньше в жидкости, подлежащей очистке, органических веществ, тем легче обеспечить высокую степень ее очистки. С понижением объема получаемых стоков также возрастает эффективность их очистки. Поэтому важно на каждом животноводческом объекте уменьшать объем получаемых стоков, не допускать сброса технологических и иных вод в систему гидроуборки навоза. Очищать стоки, получаемые при отделении навоза от общей массы экскрементов в системе его удаления, значительно проще потому, что содержание органических веществ в них понижается на 45 - 55% по сравнению с гидроуборкой навоза и отделением твердой фракции на очистных сооружениях.

Таким образом, раздельная уборка навоза из животноводческих помещений повышает эффективность обработки твердой и жидкой части его на очистных сооружениях.

Отдувка аммиака из стоков. При гидравлических способах удаления неразделенного на фракции навоза с внесением его на поля, в ряде случаев создаются условия накопления избыточного количества разжиженного навоза. В этом случае целесообразно отделять жидкую часть и использовать ее повторно при гидроудалении навоза. Однако в жидкой части навоза содержится большое количество летучих компонентов, особенно аммиака, в форме раствора или легкоразлагающихся соединений. Предварительная обработка, заключающаяся в отдувке аммиака и других вредных газов, является модификацией аэрационных процессов, применяемых для удаления газов из воды. Аналогичную обработку можно проводить и после биологической обработки животноводческих стоков на первой ступени их очистки.

Отдувка аммиака позволяет освободить навозную жижу от аммонийных соединений, которые крайне неустойчивы и при использовании стоков без такой обработки интенсивно выделяются из навозных каналов (особенно в зонах смывных насадок) и резко ухудшают условия содержания животных. В связи с этим предварительная отдувка аммиака позволяет повторно использовать неочищенные производственные стоки без каких-либо осложнений.

По данным З. А. Орловского (1974), отдувка аммиака, наряду с биологической очисткой, применяется на очистной станции в Тахо (Калифорния, США). Этим способом при рН - 11,5 и подаче воздуха в количестве 3000 м³ на 1 м³ стоков можно удалить 95 % аммиака. Станция располагает башней высотой 7,6 м и шириной 1,8 м, в которую сверху подают обрабатываемую жидкость, а снизу - атмосферный воздух. Работает она по принципу противотока воды и воздуха. За исключением отверстий для впуска и выпуска воды и воздуха башня закрыта со всех сторон и не имеет дополнительных отверстий.

В башне шесть секций, размещенных по ее высоте. Высота каждой секции 1,2 м и ширина 0,7 м. Каждая секция загружена дощечками из устойчивых к гниению пород деревьев (секвой), толщина дощечек 9 мм, ширина 36 мм. Расстояние между центрами дощечек по горизонтали составляет 50 мм, по вертикали - 37 мм. Секции загрузки размещены по диагонали одна над другой, а перегородки в них устроены таким образом, что воздух, входящий внизу башни, направляется почти горизонтально через каждую секцию загрузки и выходит из башни через вентилятор в верхней части.

В башню подают очищенную сточную воду, прошедшую сооружения биологической очистки. Расход воды измеряется водомером и регулируется задвижками. Повышают рН воды введением раствора каустической соды в напорную линию, питающую башню, или путем предварительной добавки в реагентной камере извести в обрабатываемую воду. В последнем случае происходит флокуляция органических примесей воды, которые отделяются отстаиванием.

Таблица 21. Содержание аммиака в воде до и после ее обработки

Процесс отдувки аммиака зависит от степени диспергирования воды в установке, а степень диспергирования - от величины загрузки. При загрузке 6,1 м удаляется из воды не более 90% аммиака, в то время как при загрузке 7,3 м - до 98%. Норма подачи воды составляла до 4,8 л/м² загрузки в секунду. Показатели содержания аммиака до и после подачи воды в башню приведены в таблице 21. На наш взгляд, перед подачей стоков на гидроудаление навоза их целесообразно подвергать дополнительной аэрации.

Таким образом, способы уборки навоза из помещений оказывают существенное влияние на его обработку. Для обработки твердого навоза влажностью 65 - 70% не требуется сложных систем и больших затрат. Увеличение влажности навоза связано с дополнительными затратами на его обезвоживание, а также с обработкой твердой и особенно жидкой фракции навоза. С увеличением влажности навоза повышается и объем животноводческих стоков. Если при влажности жидкого навоза, равной 90%, его объем принят за 100%, то при влажности 92% его объем составит 125%, при влажности 95% - 200, при влажности 96% - 250, при влажности 97% - 333 и при влажности 98 % объем его достигает 500%.

Затраты на обработку дополнительного объема навоза, получаемого в связи с разбавлением его водой, порой в 3 - 5 раз превышают те средства, которые достаточны на устройство систем раздельной уборки навоза из животноводческих помещений с его досушиванием с помощью системы местной вентиляции до влажности 60 - 70%.

Разбавление навоза водой не только увеличивает его объем, но и удлиняет сроки выживаемости в нем яиц гельминтов и возбудителей инфекционных болезней, что крайне нежелательно.

Содержание в навозе яиц гельминтов колеблется в широких пределах (от нескольких десятков до тысяч экземпляров в 1 л). Количество потенциально опасных для животных микроорганизмов варьирует в пределах, приведенных в таблице 22.

Таблица 22. Содержание некоторых микроорганизмов в жидком навозе

Показатели таблицы 22 свидетельствуют о целесообразности постоянного обеззараживания всего получаемого на ферме навоза, независимо от ветеринарного благополучия хозяйства. Этот процесс вызывает увеличение расходов на дополнительную обработку навоза. В результате проведения всех необходимых мероприятий на очистных сооружениях стоимость 1 т навоза, получаемого при гидроуборке из животноводческих объектов, превышает в 17 - 23 раза стоимость раздельной уборки экскрементов с получением навоза влажностью 65 - 70%.