<<
>>

Сточные воды животноводческих комплексов

  Большой проблемой на современных животноводческих комплексах стала очистка сточных вод. Объем таких вод в РФ по свиноводческим

л

комплексам достигает 300 млн. м / год.

Для удаления навоза, как правило, используют два основных технологических решения: сбор навоза «сухим» способом с помощью щелевых полов и ванн; мокрая уборка навоза и помета путем гидрослива.

В первом случае образуется высококонцентрированная фракция, что обуславливает в дальнейшем ее обработку и использование (ХПК - до 65 тыс. г/м , взвешенные вещества - до 40 тыс. г/м ). Сточные воды из ванн такого состава целесообразно очищать путем предварительного разделения на жидкую фракцию, отправляемую на аэробную биологическую очистку, и концентрированную фракцию, подвергающуюся обработке анаэробными способами.

Во втором случае навозная фракция получается на порядок менее

л

концентрированной (ХПК - до 8 тыс. г/м , взвешенные вещества - до

л тыс. г/м ).

Очистку жидкой фракции при использовании обоих технологий ввиду высоких концентраций традиционно выполняют с использованием механической двух- или трехступенчатой схем биологической очисток.

Биологическая очистка выполняется аэробными способами либо комбинацией аэробных с анаэробными. Метод флотации также может использоваться как базовое технологическое решение. Доочистка сточных вод - вопрос довольно сложный, требующий рассмотрения возможностей животноводческого комплекса и требований по качеству сброса вод. По-

о

скольку в каждом миллилитре свежих стоков содержится до 10 аэробных и 107 анаэробных бактерий, требуется комплексная дезинфекция очищенных вод перед сбросом их в водоемы или на поля орошения.

К сожалению, существующие российские системы переработки, обезвреживания и утилизации навоза не отвечают требованиям природоохранного законодательства.

Так, сооружениями биологической очистки сточных вод оборудованы лишь наиболее крупные животноводческие комплексы. Однако и на этих комплексах очищенные сточные воды не отвечают требуемым показателям для спуска их в водоемы.

Очистка данных стоков вызывает значительные трудности. Проблемы, возникающие при очистке сточных вод, можно разделить на две группы: технические и технологические. Технические проблемы возникают при перекачке стоков, организации перемешивания в резервуарах, аэрации стоков. Технологические проблемы связаны как с качеством очищенной воды, так и с себестоимостью очистки. Себестоимость очистки высококонцентрированных сточных вод животноводческих комплексов при традиционных схемах очистки во многом определяется энергоемкостью процесса и большим количеством образующихся осадков. Так, при применении аэробной двухступенчатой очистки энергоемкость составляет

3              3              3

до 6 кВт/м сточных вод, а количество осадка 0,2-0,3 м /м . Время процесса может достигать 5 суток. Кроме того, большинство сооружений не обеспечивают необходимого качества очистки сточных вод даже для сброса в городские канализационные коллекторы. Это связано в первую очередь с существенными превышениями допустимых концентраций в очищенных стоках по биогенным элементам азоту и фосфору. Традиционные аэробные технологии не предполагают специальных приемов для удаления этих элементов, а попытки решения этой проблемы на стадии доочистки технологически малоэффективны.

Технические проблемы очистки концентрированных стоков могут быть решены при помощи применения современного высокоэффективного оборудования.

Сложности, возникающие при перекачке и перемешивании, связаны с высокой концентрацией взвешенных веществ, в среднем 20 г/л, и наличием в стоках ингредиентов, засоряющих насосы, - опилок, соломы, песка и т. п. Кроме того, возможно образование кристаллов струвита (аммонийфосфат магния). Для надежной перекачки сильно загрязненных сточных вод можно предложить несколько вариантов погружных насосов.

Надежность этого оборудования гарантируется большим количеством новых решений и огромным опытом в области его создания. Для перекачки сильнозагрязненных стоков разработаны погружные насосы со специальными колесами различного типа: тип F - с режущей кромкой, тип N - самоочищающиеся, не засоряемого типа, тип D - свободновихревые.

Тип колеса и насоса выбирается конкретно для каждого случая перекачки, учитывая характеристики перекачиваемой среды, - концентрации взвешенных веществ, наличие абразивных включений, волокнистых включений, включений, способных засорять насос, вязкость среды и т. п.

Для экономического решения проблемы перемешивания применяют погружные мешалки. Данные аппараты способны обеспечивать полное перемешивание резервуаров любой геометрической формы. Погружные мешалки позволяют создавать потоки любых направлений, организуя структуру потоков, оптимальную для конкретных форм резервуаров. Разработано множество вариантов мешалок, мощность которых может составлять 0,75-25 кВт, размах лопастей 0,021-2,5 м. Для обеспечения оптимального перемешивания необходимо расчетным путем определить количество и типоразмер мешалок, места и глубину их установки в резервуаре, углы установки каждой мешалки в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Усреднение расхода и концентраций является необходимой технологической операцией для обеспечения надежности работы последующих очистных сооружений. Стоки в этих сооружениях еще не очищены, поэтому их перемешивание вызывает наибольшие трудности.

Аэрация - обеспечение кислородом биологических процессов путем подачи воздуха - всегда представляла для высококонцентрированных сточных вод животноводческих комплексов серьезные технические проблемы.

Это связано в первую очередь с характеристиками массопереноса кислорода в данной среде. Вследствие высокого солесодержания, концентраций органических веществ, а также поверхностно-активных веществ, образующихся при гидролизе и создающих эффект вспенивания на аэротенках, массоперенос кислорода затрудняется.

Экспериментально определенная эффективность массопереноса кислорода в сточной воде свинокомплекса составляет всего 40 % по отношению к чистой воде. Кроме того, применение механических поверхностных аэраторов затруднено в условиях вспенивания, а мелкопузырчатые пневматические системы подвержены кальматации в условиях высоких концентраций ила и особенно при образовании струвита. Длительное время для решения этой проблемы использовались эжекторные аэраторы с погружными насосами Jet Aerator (Швеция).

Эти аппараты при высоком КПД насосов способны надежно функционировать в описанных условиях, кроме того, не требуют подачи воздуха от воздуходувок и позволяют регулировать ее в зависимости от потребности в кислороде путем включения (выключения) единиц работающего оборудования. Их окислительная мощность составляет 0,71-66,5 кгО2/ч, подача воздуха 6,5-355 л/с.

В 1996 г. был разработан уникальный аппарат, названный Air mixer (аэромешалка). Для более экономического решения проблемы аэрации и перемешивания при очистке стоков свинокомплекса впервые в мире был создан погружной пневмомеханический аэратор. В основе работы этих аппаратов лежит эффект дробления пузырька с последующим, горизонтально ориентированным перемешиванием иловой смеси мощным потоком, создаваемым мешалкой. При этом достигается получение очень мелких пузырьков воздуха и высокий массоперенос кислорода воздуха. Представленные данные показывают, что при глубине 6 и 8 м, особенно в рабочем

л

диапазоне 200-400 м /ч, характеристики пневмомеханических аэраторов значительно превосходят средние характеристики полимерных аэраторов и лучше наиболее оптимистичных из представленных в литературе данных.

При этом указанные аппараты существенно упрощают монтаж систем аэрации, конструктив воздухораспределительных систем, а также систему управления подачей воздуха. Аэромешалки могут быть извлечены из аэротенков для профилактического обслуживания или ремонта без опорожнения сооружений.

Первое же применение этого аппарата позволило сократить энергозатраты в 2 раза (с 35 до 17,5 кВт на резервуар).

В России аэромешалка впервые была применена при реконструкции

аэротенков свинокомплекса «Надеево» Вологодская область (1 200л

1 700 м /сут сточных вод при численности поголовья 54 тыс. свиней).

л

В результате экономия воздуха составила 5 400 м /час (60 % подаваемого воздуха) при экономии электроэнергии 700 тыс. кВтч в год. Разработка пневмомеханических аэраторов (аэромешалок) позволила по-особому взглянуть на конструирование сооружений нитри-денитрификации. Способность аэромешалок обеспечивать перемешивание в отсутствие подачи воздуха позволяет осуществлять нитри-денитрификацию в условиях периодической аэрации без установки дополнительного оборудования и в едином технологическом объеме. Использование одной единицы установленного оборудования позволяет организовать в емкости как процесс аэрации в присутствии подачи воздуха, так и процесс перемешивания в ее отсутствие.

Решение технологических проблем требует применения новых технологий.

Основным методом, с помощью которого удаляется до 70 % загрязнений по ХПК, что определяет качество очистки, является аэробная биологическая очистка. Биологическая очистка сточных вод животноводческих комплексов по традиционной технологии проводится в две (реже в одну) ступени. Удаление азота и фосфора на таких сооружениях, как правило, не предусматривается. Высокая энергоемкость и большое количество избыточного ила является неотъемлемой частью очистки сточных вод.

В основе новой технологии лежит применение нитри-денитрификации (биологического способа удаления азота) и анаэробной обработки стоков. Применение анаэробных методов очистки для этого спектра загрязне-

л

ний (60 %) позволяет производить электроэнергию в количестве 3,3 кВт/м ,

л

а также тепловую энергию до 6 кВт/м , взамен энергозатрат на процессы

л

аэрации - 1,8 кВт/м при использовании аэробных методов очистки. Прирост ила при переходе на анаэробную технологию снижается в 2,7 раза (с 1,9 до 0,7 кг/м3).

Современные анаэробные биореакторы отличаются от традиционных метантенков организацией удержания биомассы, в результате чего время пребывания в них уменьшается в 5-10 раз. При этом процесс протекает при температуре 20 °С. Высокопроизводительные анаэробные реакторы типа UASB широко применяют в мировой практике при очистке высококонцентрированных сточных вод в первую очередь в различных отраслях пищевой промышленности. В России их внедрение сдерживалось долгие годы вследствие отсутствия опыта проектирования и эксплуатации .

Опыт эксплуатации анаэробных реакторов на сточных водах животноводческих комплексов крайне ограничен не только в России, но и в мире. Вследствие этого полученный опыт пуска анаэробного реактора в Надеево позволил выявить ряд дополнительных требований к проектированию схем с использованием данных реакторов.

Технологическая схема процесса представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Основные этапы очистки сточных вод свинокомплекса «Надеево»

Проблема совмещения анаэробной очистки сточных вод и нитри- денитрификации заключается в том, что оба процесса используют в первую очередь легкоокисляемую органику. Назначение блока анаэробной очистки состоит в том, чтобы удалить порядка 52 % органических веществ без энергозатрат на процессы аэрации, обеспечив технологически подачу в него 60-70 % исходного расхода сточных вод. Это позволит получить биогаз и удалить безреагентным способом порядка 58 % фосфора. Основные эксплуатационные показатели схемы с учетом выбранного оборудования представлены на рис. 8.2.

Для сравнения даны затраты по существующей технологии. При переходе на новую схему в первую очередь снижается расход воздуха в 3 раза и образование избыточного ила в 1,8 раза. За счет дополнительных затрат энергии на рециркуляцию, перемешивание и подъем стока на анаэробный реактор общая экономия электроэнергии не столь значительна - 30 %. Однако за счет образовавшегося метана в процессе когенерационной

выработки электроэнергии на турбогенераторах можно получить практически 100 % затраченной электроэнергии и дополнительно до 18,8 тыс. кВт в сутки тепловой энергии. Кроме того, при экономическом анализе перехода на новую технологию следует учитывать сокращение затрат на вывоз осадка.

Рис. 8.2. Основные эксплуатационные показатели технологий. Нижняя шкала - относительные доли потоков

В ряде исследовательских работ по обработке гидросмыва свиноводческих комплексов рекомендуется использование промышленных минеральных отходов, в частности фосфогипса. Это позволяет, наряду с очисткой стоков, получать органоминеральное удобрение с повышенным содержанием фосфора 

<< | >>
Источник: В.М. Малахов, А.Г. Гриценко, С.В. Дружинин. ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЯ МОНОГРАФИЯ В трех томах Том 2. 2012

Еще по теме Сточные воды животноводческих комплексов:

  1. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕОЦЕНОЗОВ
  2. ОХРАНА АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
  3. Глава 6 ЗАДАЧИ СПЕЦИАЛИСТОВ-АГРАРНИКОВ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
  4. 7.5.2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
  5. ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, УПОТРЕБЛЯЕМЫЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
  6. ВНУТРЕННИЕ РАЗЛИЧИЯ
  7. 4.3. Защита гидросферы
  8. Лекция 18. Загрязнение окружающей среды
  9. § 4. Платежи за природопользование
  10. Качество вод. 
  11. Воздействие сельского хозяйства на окружающую среду.
  12. Отбросы антропогенные
  13. Введение