Утилизация и переработка навоза

 

    Существует несколько направлений по использованию и обработке жидкого навоза, предусматривающих разные цели: обработку для использования всего полученного объема навоза в растениеводстве; подготовку жидкой фракции и ее сброс в открытые водоемы или повторное применение для технических нужд – на рециркуляцию (при этом твердую фракцию используют как органическое удобрение); использование питательных веществ, содержащихся в навозе, как кормовых добавок.

    В практике определяют два главных направления обработки жидкого навоза при использовании его как органического удобрения: обработка не разделенного на фракции навоза и с разделением на жидкую и твердую фракции.

    Неразделенный жидкий (полужидкий) навоз обрабатывают двумя способами – гомогенизацией и компостированием.

 

    Гомогенизация навоза – обработка жидкого и полужидкого навоза, получаемого на крупных животноводческих фермах (комплексах) при самотечных системах его уборки. Этот процесс включает в себя выделение грубодисперсных механических включений из навоза; выдерживание в секционных карантинных емкостях с целью выявления эпизоотий; обеззараживание при обнаружении инфекций; измельчение, подачу и перемешивание неинфицированного навоза.

    Технологический процесс этого способа обработки бесподстилочного навоза заключается в следующем. Из животноводческих помещений навоз направляют на отделитель механических включений, который выделяет из него крупные частицы кормовых компонентов, продуктов разрушения навозоуборочных каналов, полов и других включений. Прошедший через отделитель навоз отводят в приемный резервуар насосной станции, откуда фекальными насосами его подают в карантийные емкости, где выдерживают 6…7 сут. Для выявления инфекции и при необходимости обеззараживают химическими реагентами. Последние смешивают с навозом с помощью насосов, установленных в насосной станции. Они же ежедневно перемешивают (гомогенизируют) навозную массу, чтобы она не расслаивалась при длительном выдерживании.

    Обеззараженный навоз подают насосами в хранилища-гомогенизаторы, где его выдерживают в течение 6…7 мес. для дегельминтизации и периодически гомогенизируют с целью дезодорации и исключения образования на дне плотного осадка. При перемешивании (гомогенизации) навоз получается более однородным, удобным для механической погрузки в мобильные транспортные средства (или для подачи по трубопроводу) и для равномерного распределения питательных веществ при внесении в почву.

    После выдерживания в хранилищах-гомогенизаторах навоз выгружают из них и используют в качестве органических удобрений. Для этого процесса используются такие технические средства, как отделитель механических включений ОМВ-200, установку УТН-10 для транспортировки навозной массы в навозохранилище или насос НЖН-200А; установку для гомогенизации навоза УГН-Ф-500.

 

Отделитель ОМВ-200 предназначен для выделения из жидкого навоза грубых механических включений, последующей их транспортировки и выгрузки. Отделитель представляет собой стационарную установку транспортерного типа и состоит из рамы, ведущего и ведомого барабанов, подвижной металлической решетки и электропривода.

Основной рабочий орган - подвижная решетка. Она состоит из тяговых круглозвенных цепей, к которым специальными скобами крепят оси с насаженными на них свободно вращающимися граблинами, которыми устанавливают необходимые зазоры.

Граблины, выполненные из прутковой стали, опираются на последующую ось, благодаря чему обеспечивается жесткость решетки. В верхней и нижней частях граблины опираются на ведущие и ведомые барабаны. Это дает возможность в верхней части сбрасывать транспортирующиеся граблинами грубые механические включения, а в нижней подбирать в приемнике выпадающие в осадок или плавающие крупные примеси. Отделитель улавливает частицы размером более 30 мм. Его пропускная способность 200 м³/ч.

 

Установка УГН- Ф-500 предназначена для перемешивания наво­за в хранилищах открытого типа. Она закреплена на фундаменте у края навозохранилища. Навоз гомогенизируется за счет ударной силы напорной струи. Жидкий навоз с помощью стационарных или мобильных насосов по напорному трубопроводу подается в установку, которая посредством сменных наконечников формирует струю диаметром 40, 60 или 80 мм. Подача установки 500 м³/ч.

Для перемешивания навоза используют гидравлические, механические, пневматические и комбинированные устройства.

 

Компостирование навоза - один из наиболее перспективных и экономичных методов обработки, хранения и обеззараживания навоза.

Для компостирования используют твердый навоз (при подстилочном содержании скота) влажностью около 65 %, жидкий неразделенный навоз влажностью 90...92 % и твердую фракцию после разделения навоза влажностью до 15 %.

Исходными материалами для приготовления компостов служат торф, навоз, резаная солома, навозная жижа, древесная листва и др.

Компосты приготавливают следующим образом. Из мест складирования компостируемый материал погрузчиком подают в транспортное средство, которым доставляют его на накопительную примыкающую к секционному карантинному навозохранилищу площадку. Перед подачей навоза в секции навозохранилища компостируемый материал сталкивают бульдозером (погрузчиком - бульдозером) и равномерно распределяют по площади секции в количестве, необходимом для получения смеси нужной влажности. Одновременно компостируемый материал загружают во вторую секцию, а в первой его выдерживают в течение 6 сут. для выявления инфекции. Неинфицированный или обеззараженный навоз тщательно перемешивают с компостируемым материалом путем многократного уплотнения и перемещения бульдозером. При этом следят за влажностью смеси и при необходимости добавляют в нее компостируемый материал. Влажность смеси не должна превышать 70…75 %, так как при большем ее значении невозможно надежное биотермическое обеззараживание.

В процессе компостирования навоза с торфом и соломой в органической массе создается температура до 65 °С, что обеспечивает обеззараживание большинства видов патогенной микрофлоры, уничтожение яиц гельминтов и потерю всхожести семян сорных трав. В органической массе повышается содержание доступных растениям элементов питания (азота, фосфора, калия и др.). При компостировании навоза с торфом и соломой аммиак полностью удерживается в торфонавозном компосте. По удобрительным свойствам компосты не уступают навозу, а некоторые из них (например, торфонавозные с фосфоритной мукой) превосходят его. В результате компостирования навозная масса становится сыпучей, что дает возможность полностью механизировать все процессы, связанные с погрузкой, транспортировкой и внесением компоста на поля серийно выпускаемыми средствами.

 

Обработка бесподстилочного навоза с разделением его на жидкую и твердую фракции. Система утилизации бесподстилочного навоза с разделением его на твердую и жидкую фракции считается наиболее перспективной для хозяйств, не располагающих ресурсами компостируемых материалов и имеющих на фермах большой выход жидкого навоза.

При получении больших объемов такого навоза его хранение и обработка существенно усложняются и связаны с большими капитальными и эксплуатационными затратами. Для их снижения жидкий навоз разделяют на твердую и жидкую фракции. При этом сокращаются затраты на хранение, так как твердую фракцию складируют на площадках с твердым покрытием и через 2...3 мес. используют в качестве удобрения.

Для хранения жидкой фракции можно использовать простейшие хранилища, которые нет необходимости оборудовать перемешивающими устройствами.

Жидкий навоз разделяют на фракции фильтровальными и флотационными установками.

 

Разделение фильтровальными установками - принудительное фильтрование через пористую перегородку, способную задерживать взвешенные частицы и пропускать жидкость. Фильтрование происходит под действием сил: механических (гравитационных, инерционных и поверхностных сил давления), гравитационных (в барабанных ситах), инерционных (в виброгрохотах, виброфильтрах, центрифугах), поверхностных (в фильтр-прессах и вакуум-фильтрах).

 

Дуговое сито — рабочий орган установки СД-Ф-50, которая предназначена для предварительного разделения жидкого навоза на твердую и жидкую фракции.

Навозные стоки подаются по трубопроводу в приемный бункер установки, заполняют его, переливаются через порог и поступают на рабочий орган (дуговое сито), где стоки разделяются на фракции. Обезвоженная твердая фракция движется по поверхности сита к прессующему устройству, дополнительно обезвоживается и подается скребком по скатной доске в бункер-дозатор и далее транспортерами в автотранспорт. Жидкая фракция по трубопроводу отводится на дальнейшую обработку. Объемный расход установки 50м³/ч. Влажность исходных стоков 94...99 %, твердой фракции - 88 %.

 

Инерционные наклонные грохоты типа ГИЛ предназначены для разделения навозной массы на животноводческих фермах и комплексах. Достоинства таких грохотов — простота устройства и эксплуатации, высокая надежность при выполнении технологического процесса. Объемный расход установок ГИЛ-32 составляет 30…60 м³/ч, ГИЛ-42 - 60...100 и ГИЛ-52 - 100... 120 м³/ч.

Конструкции грохотов типа ГИЛ принципиально одинаковы. Они состоят из короба с фильтровальными перегородками, инерционного вибратора, пружинных опор и привода.

Работает грохот следующим образом. Жидкий навоз по лотку подается на верхнее сито. При этом обеспечивается равномерное распределение навозной массы по всей ширине фильтровальной перегородки. Здесь выделяются грубые механические включения, которые направляются в отвал. Очищенный от грубых включений навоз попадает на нижнее сито, где фильтруется, жидкая фракция стекает в поддон и отводится на дальнейшую обработку.

 

Виброгрохот барабанный ГБН-100 работает в двух режимах по разделению жидкого навоза: без вибрации при влажности исходного навоза свыше 97 % и с вибрацией — при меньшей влажности.

Виброгрохот состоит из вибратора, вала вибратора, барабана, рамы, привода барабана, опор и поддона.

Основной рабочий орган — вращающийся во время работы барабан с фильтрующим элементом. Барабан колеблется за счет эксцентрика, установленного на валу вибратора.

Работает барабанный виброгрохот следующим образом. Жидкий навоз через задвижку по входным трубам поступает в барабан, где под действием инерционных и гравитационных сил он разделяется на твердую и жидкую фракции. Первая сходит по внутренней стенке виброгрохота и отводится на дальнейшую обработку, вторая через отверстие фильтровальной перегородки стекает в поддон и также направляется на дальнейшую обработку. Расход виброгрохота при влажности жидкого навоза 95,1 % составляет 67,5 т за 1 ч чистой работы. Влажность твердой фракции 85,6...86,7 %, влажность жидкой фракции 99,1 %.

 

Виброфильтр служит для предварительного разделения жидкого навоза на фракции. Он состоит из верхнего бункера с фильтровальной перегородкой и двумя лотками для выхода твердой фракции, нижнего бункера с лотками для отвода фильтрата, рамы и мотор-вибратора.

Навоз разделяется на фракции следующим образом. Жидкий навоз подается в центр верхнего бункера (вибрирующего сита). Под действием инерционных и гравитационных сил навоз фильтруется. Фильтрат проходит сквозь фильтровальную перегородку в нижний бункер и по лотку отводится на дальнейшую обработку. Образовавшаяся твердая фракция под действием инерционных сил перемещается к периферии верхнего бункера и через отверстие в обечайке полоткам отводится на переработку. Объемный расход вибрационного фильтра при влажности жидкого навоза составляет 6...8 м³/ч; влажность твердой фракции 85...90 %, жидкой - 98,3...98,9 %.

 

Фильтрующие центрифуги для разделения на фракции жидкого навоза бывают следующих видов: с центробежной выгрузкой твердой фракции (осадка), т. е. осадок выгружается под действием центробежных сил; со шнековой выгрузкой; с ножевой выгрузкой - осадок снимается ножом или скребком. Наиболее распространены последние. Центрифуга с ножевым съемом осадка включает в себя перфорированный цилиндрический ротор, нож для съема осадка, питатель для подачи исходной массы жидкого навоза и устройство для вывода продуктов разделения. Такая центрифуга разделяет навоз влажностью до 98 %. Однако влажность твердой фракции, отделенной центрифугой, является высокой (до 80 %), что не способствует биотермическому обеззараживанию навозной массы.

Для снижения влажности отделяемой твердой фракции навоза центрифуга была усовершенствована. В зоне фильтрования перед ножом для съема осадка установлен отжимающий ролик. Он создает дополнительную кроме центробежной силу давления на массу навоза, отложившегося на фильтровальной перегородке, и способствует удалению из него избыточной влаги.

Работает центрифуга следующим образом. От электродвигателя 2 (рис. 61) через клиноременную передачу 3 передается вращение на перфорированный ротор 6. После установившегося вращения через питатель 11 жидкий навоз подается на внутреннюю поверхность ротора 6, где под действием центробежной силы обезвоживается. Жидкая фракция, пройдя через перфорированную сетку ротора 6, удаляется из центрифуги лопатками 7. Последние вращаются вместе с ротором 6. Твердая фракция, прижимаясь под действием центробежной силы к перфорированному ротору 6, поступает к ролику 13. Далее на твердую фракцию навоза кроме центробежной силы начинает действовать сила давления ролика 13, которая определяется усилием пружин 14. Благодаря этой дополнительной силе часть оставшейся в твердой фракции навоза влаги отжимается через перфорированную сетку ротора 6. Затем осадок, находящийся на внутренней поверхности ротора, срезается ножом 12 и попадает в выгрузное устройство 8, откуда выводится шнеком 10 по лотку 9. Объемный расход фильтрующей центрифуги 0,014 м³/с.

 

                                                   А-А    осадок

Рисунок 61. Схема усовершенствованной центрифуги: 1 – рама; 2 – электродвигатель; 3 – клиноременная передача; 4 – кожух; 5 – вал; 6 – ротор; 7 – лопатки; 8 – выгрузное устройство; 9 – лоток; 10 – шнек; 11 - питатель; 12 – нож; 13 – отжимающий ролик; 14 – пружина; 15 – кронштейн.

 

Разделение осадительными и флотационными установками - разделение исходного жидкого навоза или его жидкой фракции, основанное на расслоении путем осаждения взвешенных твердых частиц под действием силового поля или отделения их в виде осадка от жидкости. Осаждение происходит в гравитационном и инерционном полях механических сил.

Гравитационный способ разделения жидкого навоза на фракции (отстаивание) основан на выпадении в осадок твердых частиц под действием силы тяжести. Для этого используют различные отстойники: вертикальные, горизонтальные, радиальные. В процессе осаждения под действием инерционных сил, в частности центробежных, применяют осадительные центрифуги и другие установки.

 

Вертикальные отстойники непрерывного действия предназначены для разделения жидкого (не менее 96,5 %) навоза в потоке. Они служат для выделения тонкодисперсных частиц из фильтрата, получаемого при машинном фракционировании навоза с помощью вибросит, виброгрохотов, дуговых сит, фильтрующих центрифуг и др.

Преимущества вертикальных отстойников — просты по устройству и удобны в эксплуатации; требуют меньшей площади для размещения; обеспечивают высокий эффект разделения (осветления).

 

Горизонтальные отстойники-накопители периодического действия имеют прямоугольную форму размерами по дну 100 х 25 м и глубиной до 2 м. По дну отстойников в продольном направлении уложен дренаж из перфорированных чугунных (стальных) труб с отверстиями диаметром 16 мм, расположенными в шахматном порядке через 150 мм. Трубы засыпают крупным гравием. Каждая дренажная линия на выходе заканчивается задвижкой, расположенной в колодце и открывающейся после заполнения (накопления) отстойника твердой фракцией навоза.

В торце отстойников размещены шандорные затворы для выпус­ка осветленной жидкости.

Отстойник заполняется навозом влажностью 90...92 % в течение 30…45 дней. Подсушка (обезвоживание до влажности 75 %), во время которой работает дренаж, заканчивается через 45...60 дней.

Выгружают подсушенную твердую фракцию навоза за 30...40 дней. Гравий из траншеи выгружают с помощью экскаватора Э-153 со специальным ковшом и промывают на специальной установке.

Для подачи жидкого навоза в отстойники применяют насосы HШ-50, ПНЖ-250, НВ-150 и др. На выгрузке осадка из радиальных и горизонтальных отстойников используют фекальные насосы.

 

Радиальные отстойники в технологических линиях обработки жидкого навоза применяют в качестве вторичных отстойников для разделения иловой смеси, полученной в процессе биологической обработки жидкой фракции в аэротенках, а также для осветления жидкой фракции.

Достоинства радиальных отстойников - небольшая глубина, обеспечение высокого качества осветления. Недостаток - образующийся в радиальном отстойнике осадок характеризуется высокой влажностью. К недостаткам радиальных отстойников-сгустителей относятся громоздкость и большая капиталоемкость. Поэтому машинные методы осаждения взвешенных частиц в практике предпочтительнее.

 

Осадительные центрифуги подразделяют на три группы: обезвоживающие, универсальные и осветляющие.

Обезвоживающие центрифуги обеспечивают разделение высококонцентрированного жидкого навоза, универсальные - жидкого навоза малой и средней концентраций и осветляющие - низкоконцентрированного жидкого навоза и продуктов его переработки (фильтрата после виброфильтров, грохотов, дуговых сит и др.) с высокодисперсной твердой фазой.

Учитывая хорошую эффективность выделения взвешенных веществ и получение при этом твердой фракции с влажностью, благоприятной для протекания биотермического процесса, осадительные центрифуги считают наиболее перспективными для применения, и особенно в комплекте с отстойниками.

 

Флотационные установки служат для разделения продуктов обработки жидкого навоза (фильтрата, избыточного активного ила) флотацией.

Они делятся на следующие способы флотационного разделения: пузырьками, образующимися из перенасыщенных растворов воздуха в жидкости (напорная, вакуумная); пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха; электрофлотация.

При этом наибольшее распространение получило использование напорной флотации для обезвоживания продуктов обработки жидкого навоза. Сущность этого метода заключается в насыщении продуктов обработки жидкого навоза воздухом под избыточным давлением и его последующем резком снижении до атмосферного значения. Выделяющиеся пузырьки флотируют взвешенные частицы на поверхность обрабатываемого продукта.

 

Обеззараживание жидкого навоза. Патогенные микроорганизмы, попавшие в жидкий навоз вместе с выделениями больных животных, находят благоприятные условия для своего существования.

Жидкий навоз в целях предупреждения распространения возможных инфекций рекомендуется выдерживать в карантинных емкостях в течение 4...8 сут., что соответствует инкубационному периоду инфекционных болезней, вызываемых вирусами. Если в течение этого периода на ферме не вспыхнет инфекционное заболевание, то содержимое емкости можно перегружать в постоянные хранилища, транспортировать для приготовления компостов с последующим использованием на полях или разделить на фракции для дальнейшей обработки. При несоблюдении на ферме санитарно- ветеринарных требований весь жидкий навоз обеззараживают биологическими, химическими и физическими методами.

Биологические методы очистки и обеззараживания жидкого навоза основаны на биохимическом разрушении и минерализации органических веществ (растворенных и эмульгированных в жидком навозе) микроорганизмами. В минерализации органических веществ и их соединений, содержащихся в жидком навозе, могут участвовать бактерии двух видов: аэробы, развивающиеся в присутствии кислорода, и анаэробы — без доступа кислорода.

В результате биологических методов очистки существенно снижается бактериальное загрязнение, а также содержание биогенных элементов (азота, фосфора, калия) в навозной массе.

Биологические методы очистки и обеззараживания жидкого навоза подразделяют на естественные и искусственные.

Естественные методы основаны на биологических процессах, протекающих в естественных условиях — в отстойниках-накопите- лях (прифермских и полевых), биологических прудах, лагунах, почве, компосте.

Искусственные методы основаны на биологических процессах, протекающих в искусственно создаваемых условиях — в аэротенках, метантенках и др.

В отличие от естественной аэрации в открытом водоеме загрязненные воды насыщаются кислородом в аэротенке путем искусственного нагнетания атмосферного воздуха под давлением или механическими средствами.

Термофильное сбраживание в специальных камерах-метантен- ках - один из известных и эффективных биологических методов обеззараживания жидкого навоза (влажностью до 92 %). Источником энергии служит органическое вещество навоза, которое способно само выделять теплоту, обеспечивающую температуру до 55 °С. Чтобы поддерживать постоянную температуру, необходимую для протекания процесса, предусмотрен дополнительный подогрев. При температуре 55 °С практически в течение суток гибнут яйца гельминтов и многие другие болезнетворные микроорганизмы.

Химические методы обеззараживания жидкого навоза включают в себя его контактную обработку формальдегидом, хлором, озоном и другими химическими веществами в течение нескольких часов в карантинных или других специальных емкостях.

Химическое обеззараживание эффективно при влажности жидкого навоза не менее 87 %. Наряду с обеззараживанием введение, например, в навоз формальдегида обеспечивает дезодорирующий эффект. Вот почему обработанная формальдегидом жидкая фракция может быть использована на рециркуляцию.

Жидкую фракцию навоза, прошедшую биологическую очистку, обеззараживают хлорированием перед сбросом в открытые водоемы.

В процессе озонирования достигается высокий эффект в обеззараживании и дезодорации жидкой фракции навоза, так как озон характеризуется сильнейшими окислительным и дезинфицирующим свойствами. Недостаток метода — высокая стоимость обработки навоза.

Физические методы используют при обеззараживании стоков животноводческих ферм и сточных вод. Различают тепловой метод, ионизирующее и ультрафиолетовое облучение.

Тепловой метод характеризуется высокими бактерицидными показателями. В качестве тепловых агентов для термической обработки стоков применяют высокотемпературные продукты сгорания (в огневой установке с погруженной горелкой) и высокотемпературный теплоноситель - перегретый водяной пар. Сточные воды собирают в емкостях большой вместимости и прогревают до температуры 130 °С с перегретым паром, вводимым в жидкость под давлением 0,02 МПа. При такой температуре выдерживают жидкость в течение определенного времени, затем охлаждают до температуры 40 °С и только после этого сбрасывают обеззараженные стоки в канализационную сеть. Больший эффект достигается при использовании технологии обеззараживания сточных вод и стоков ферм в струйных аппаратах непрерывного действия. Жидкий навоз подается в дробилку для измельчения твердых включений диаметром более 8 мм, после чего поступает в резервуар-накопитель, затем направляется в теплообменник, где прогревается до температуры 60 °С (первая ступень нагрева). Далее с помощью эжектора он нагревается до температуры 130 °С (вторая ступень нагрева), потом подается в выдерживатель, где находится в течение 30 мин при заданной температуре. Затем навоз направляется в теплообменник, в котором охлаждается до температуры 40 °С, после чего становится стерильным.

Метод ионизирующего облучения альфа-, бета- и гамма-излучениями - один из наиболее перспективных физических методов обеззараживания жидкого навоза и сточных вод. При облучении происходят полная дегельминтизация и обеззараживание навоза. Жидкий навоз, прошедший такую обработку, можно без ограничения использовать на орошение сельскохозяйственных культур, а жидкую фракцию – на рециркуляцию (промывку каналов, гидросмыв навоза).

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Алешкин Б.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. – М.: Агропромиздат, 1993.

2. Баутин В.М., Бердышев В.Е., Буклагин и др. Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. – М.: Колос, 2000.

3. Дегтерев Г.П. Справочник по машинам и оборудованию для животноводства. – М.: Агропромиздат, 1986.

4. Дегтерев Г.П. Технологии и средства механизации животноводства. – М.: Столичная ярмарка, 2010, 384 с. ил.

5. Дегтярев Г.П., Иванов Ю.Г., Борулько В.Г. Практикум по механизации животноводства. – М.: Изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2009, - 274 с.

6. Карташов Л.П. и др. Механизация, электрификация и автоматизация животноводства. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1997. – 368 с.

7. Карташов Л.П., Чугунов А.И., Аверкиев А.А. Механизация, электрификация и автоматизация животноводства. – М.: Колос, 1997.

8. Карташов Л.П. Механизация, электрификация и автоматизация животноводства. / Л.П. Карташов и др. – М.: Колос, 2004.

9. Кирсанов В.В. Механизация и автоматизация животноводства / В.В. Кирсанов. – М.: Академия, 2004.

10. Коба В.Г., Брагинец Н.В., Мурусидзе Д.Н., Некрашевич В.Ф. Механизация и технология производства продукции животноводства. – М.: Колос, 1999. – 528 с.: ил.

11. Костомахин Н.М. Скотоводство: учебник. 2-е изд., стер. – Спб.: Издательство «Лань», 2009. – 432 с.