Способ обеззараживания и осветления животноводческих стоков

 

Изобретение относится к обработке воды, в частности, к обеззараживанию и осветлению животноводческих стоков. Сущность изобретения: стоки подают в анодную камеру 6 электроактиватора 7 с алюминиевым анодом 10, а катодную камеру 9 заполняют водным раствором хлорида щелочного металла.В процессе электролиза воды при растворении алюминиевого анода 10 образуется гидроокись алюминия, являющаяся активным коагулянтом, что позволяет осветлять стоки без использования флотации и без введения коагулянта, создающего загрязнение стоков. Ионы хлора, поступающие из катодной камеры 9 в анодную 6, образуют дополнительный окислитель, благодаря чему достигается полное обеззараживание стоков. Обработку ведут при энергозатратах 2,0-3,0 квт.ч/м³ и концентрации раствора хлорида 5 10% 1 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к обработке воды, в частности к обеззараживанию и осветлению животноводческих стоков, и может быть использовано на фермах и других животноводческих комплексах, где применяется гидросмыв для удаления навоза, в результате чего образуются большие объемы загрязненных жидких стоков, которые требуют больших площадей для их хранения.

Известен способ обеззараживания и осветления животноводческих стоков, согласно которому из животноводческих стоков на виброгрохоте удаляют грубодисперсные включения (солому, щепки и т.п.) и оставшуюся жидкую фракцию обрабатывают электрическим током в электроактиваторе, содержащем две рабочие камеры, на дне которых установлены стальные электроды. Обеззараживание стоков от патогенных микроорганизмов достигается путем окисления их биологически активных веществ кислородом и озоном, образующимися на аноде в результате электролиза воды, а осветление обеззараженных стоков, т.е. очистка их от частиц органической природы, осуществляется их флотацией водородом, который выделяется на катоде.

Недостатком способа является невысокое качество осветления стоков, так как оно проводится только за счет флотации, эффективность которой зависит от состава поступающих в электроактиватор стоков. Растворение же стального анода не обеспечивает эффективной коагуляции органических частиц ввиду того, что железо является хорошим коагулянтом лишь в щелочной среде, а животноводческие стоки представляют собой либо нейтральную, либо кислую среду. В кислой или нейтральной среде железо образует не крупные хлопья, а лишь мелкодисперсную взвесь.

Кроме того, из-за наличия в животноводческих стоках поверхностно-активных веществ процесс флотации сопровождается сильным пенообразованием, что требует применения дополнительных защитных мер от выплесков пены и создает определенные неудобства для обслуживающего персонала.

Известен также способ обеззараживания и осветления животноводческих стоков, в котором механическую очистку стоков от крупнодисперсных включений производят в сепараторе, снабженном сеткой с отверстиями диаметром 0,1-0,5 мм, а для электрохимической обработки полученной жидкой фракции используют электроактиватор, имеющий полупроницаемую мембрану, разделяющую анодную и катодную камеры электроактиватора, анод которого выполнен из графита. После механической очистки жидкую фракцию подают в катодную камеру электроактиватора, куда, кроме того, вводят коагулянт фосфорную кислоту из расчета 2 л/м³ фильтрата.

В этом способе осветление стоков происходит не только за счет флотации взвешенных частиц водородом, но и за счет коагуляции, и поэтому является более эффективным.

Из катодной камеры осветленную жидкость вводят в анодную камеру, где она обеззараживается путем окисления биологически активных веществ микроорганизмов кислородом и озоном, выделяющимися на аноде при разложении воды.

Недостатком этого способа является неполное обеззаpаживание стоков из-за недостаточного количества окислителя, выделяющегося при электролизе воды. Согласно классификации степени бактериологического загрязнения водоемов одним из показателей степени обеззараживания является микробное число (количество колоний, вырастающих на мясопептонном агаре в чашках Петри после 48 ч инкубации при температуре 20^оС из 1 мл жидкости). В данном способе микробное число в обработанных стоках составляет 3000. Такие жидкости считаются зараженными и их нельзя сливать на природу.

Другой недостаток способа связан с добавлением в анодную камеру электроактиватора коагулянта фосфорной кислоты. Практически невозможно подобрать такую концентрацию фосфорной кислоты, чтобы вся она работала как коагулянт, и поэтому фосфорная кислота расходуется не полностью и часть ее в растворенном виде остается в стоках, загрязняя их.

Кроме того, использование флотационного метода осветления стоков нежелательно по описанным выше причинам.

Изобретение направлено на создание способа обеззараживания и осветления животноводческих стоков, который обеспечивал бы лучшую окислительную способность анолита, необходимую для полного обеззараживания, и в котором осветление стоков производилось бы только за счет коагуляции без введения в электроактиватор коагулянта, создающего химическое загрязнение обеззараженных стоков.

Для этого в способе обеззараживания и осветления животноводческих стоков, включающем их механическую очистку от грубодисперсных включений и последующую электрохимическую обработку в электроактиваторе с полупроницаемой мембраной, разделяющей анодную и катодную камеры, согласно изобретению, используют электроактиватор с алюминиевым анодом, а катодную камеру заполняют водным раствором хлорида щелочного металла.

Благодаря наличию в катодной камере электроактиватора хлорида щелочного металла в его анодной камере образуется дополнительный окислитель кислородные соединения хлора. Эти соединения наряду с кислородом и озоном, выделяющимися на аноде, окисляют биологически активные вещества присутствующих в стоках микроорганизмов, усиливая биоцидную способность анолита. В результате этого при соответствующей концентрации хлорида щелочного металла может быть достигнуто полное обеззараживание животноводческих стоков без увеличения энергозатрат на электрохимическую обработку.

Использование электроактиватора с алюминиевым анодом дает возможность эффективно осветлять стоки только за счет коагуляции. Это связано с тем, что при электролизе образуется гидроксид алюминия, являющийся хорошим коагулянтом в средах с рН 4,5-8, а животноводческие стоки в анодной камере электроактиватора имеют рН 4,6-5. Эффективность коагуляции обусловлена также более интенсивным растворением алюминиевого анода под действием ионов хлора. Поэтому в предлагаемом способе нет необходимости ни в использовании флотационного метода осветления, ни во введении "внешнего" коагулянта. Сам же гидроксид алюминия не создает химического загрязнения осветленных и обеззараженных стоков, так как при безреагентной коагуляции, каковая используется в предлагаемом способе, весь коагулянт выпадает в осадок.

На чертеже изображена схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Животноводческие стоки после гидросмыва подают в накопитель 1 стоков, откуда они поступают в устройство 2 фильтрации, снабженное крупноячеистой стальной сеткой с диаметром ячеек 1 мм, поддоном для жидкости и мешалкой. В устройстве 2 происходит отделение стоков от камней, соломы, палок. Далее стоки подают на центрифугу 3, где происходит их дальнейшее разделение на твердую фракцию и жидкую мелкодисперсную фракцию с диаметром включений не более 0,1 мм. Твердая фракция идет на компост, а жидкая собирается в сборник 4 центрифугата, из которого далее с помощью насоса-дозатора 5 равномерно подается в анодную камеру 6 электроактиватора 7. Наличие в жидкой фракции частиц с диаметром более 0,1 мм недопустимо по причине возможного засорения электроактиватора и увеличения электрического сопротивления обрабатываемой жидкости, что может привести к выходу электроактиватора из строя.

Электроактиватор 7 имеет полупроницаемую мембрану 8, разделяющую его анодную 6 и катодную 9 камеры. Анод 10 электроактиватора выполнен из алюминия, а катод 11 например, из стали или любого другого электропроводного материала.

Одновременно в катодную камеру 9 посредством насоса 12 подают раствор хлорида щелочного металла, например хлорида натрия, из емкости 13. Когда камеры 6 и 9 заполнятся соответственно стоками и раствором хлорида натрия, на электроды 10 и 11 подают напряжение от источника 14 питания.

В результате электролиза воды на аноде 10 электроактиватора выделяются кислород и озон. Ионы хлора из катодной камеры 9 переходят через полупроницаемую мембрану 8 в анодную камеру 6 благодаря разности концентраций этих ионов по обе стороны мембраны 8. На аноде 10 происходит выделение газообразного хлора, который частично растворяется в воде с образованием кислородных соединений хлора. Эти соединения являются дополнительным окислителем и вместе с кислородом и озоном участвуют в реакциях окисления биологически активных веществ микроорганизмов, находящихся в животноводческих стоках, обеспечивая их обеззараживание. Концентрацию хлорида натрия в растворе, подаваемом в катодную камеру 9, определяют экспериментально из условия достижения полного обеззараживания стоков при данных удельных энергозатратах на электрохимическую обработку. Так, например, при величине удельных энергозатрат 2-3 кВт.ч/м³ концентрация хлорида натрия в растворе составляет 5-10% Введение хлорида щелочного металла именно в катодную камеру 9 (а не непосредственно в анодную камеру c заполнением катодной камеры водой) обеспечивает снижение электрического сопротивления католита и, соответственно, позволяет вести процесс с более низкими энергозатратами. Как известно, величина удельной электропроводимости водных растворов хлоридов щелочных металлов прямо пропорциональна их концентрации в растворе. Поэтому при необходимости снижения удельных энергозатрат на электрохимическую обработку используют растворы хлоридов щелочных металлов с высокими концент- рациями, вплоть до концентраций насыщенных растворов.

Щелочной раствор с рН более 10, образующийся в катодной камере 9 электроактиватора, подают в емкость 13, в которую периодически добавляют раствор хлорида натрия, поддерживая его требуемую концентрацию.

В анодной камере 6 наряду с обеззараживанием стоков происходит их осветление. Алюминиевый анод 10 при растворении выделяет ионы алюминия, которые образуют гидроксид алюминия. Растворимость гидроксида алюминия зависит от рН среды в средах с рН в пределах 4,5-8 гидроксид алюминия нерастворим. Анолит имеет рН, равный 4,6-5, так что гидроксид алюминия действует как эффективный коагулянт, активно адсорбируя органические примеси из стоков с образованием крупных хлопьев. Растворимость алюминиевого анода 10 дополнительно усиливается ионами хлора, которые активируют алюминиевый анод. Активирующее действие ионов хлора связано с их небольшими геометрическими размерами и легкостью проникновения через оксидную пленку алюминиевого анода, в результате чего она эффективнее разрушается и концентрация ионов алюминия в растворе повышается. Катализация растворения алюминиевого анода ионами хлора также объясняется сильным замедлением образования оксидной пленки в результате адсорбционного вытеснения кислорода.

Обеззараженные и осветленные стоки с находящимися в них крупными хлопьями коагулянта из анодной камеры 6 электроактиватора поступают в отстойник 15, где происходит быстрое разделение стоков на прозрачную надосадочную жидкость и рыхлый осадок, формирующийся из хлопьев. Осадок может поступать на удобрение, а надосадочная жидкость либо на ферму на гидросмыв, либо сбрасываться на природу после нейтрализации, например, щелочным раствором из катодной камеры 9 электроактиватора или карбонатом кальция.

Технологические параметры обработки напряжение на электродах электроактиватора 7, производительность насосов 5 и 12, концентрация хлорида натрия выбираются такими, чтобы обеспечить полное обеззараживание стоков и их эффективное осветление.

Эффективность осветления контролируется визуально по степени прозрачности надосадочной жидкости в отстойнике 15.

Животноводческие стоки, обеззараженные согласно предлагаемому способу, подвергали бактериологическому анализу: определяли микробное число, коли-титр (наименьший объем воды в мл, содержащий одну клетку кишечной палочки) и коли-индекс (количество бактерий группы кишечной палочки, приходящееся на 1 л жидкости). Результаты анализа даны в таблице.

Как указано выше, микробное число в обеззараженных стоках составляет 3 х 10³. Данные по другим показателям отсутствуют.

По действующей в настоящее время классификации степени бактериологического загрязнения водоемов животноводческие стоки, обработанные согласно известному способу, относятся к III разряду, что соответствует классу "умеренно загрязненные", а стоки, обработанные по предлагаемому способу, к I разряду, что соответствует классу "очень чистые".

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает эффективное осветление животноводческих стоков только за счет коагуляции, причем без добавления в стоки "внешнего" химического коагулянта, и полное обеззараживание стоков.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОСВЕТЛЕНИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ, включающий его механическую очистку от грубодисперсных включений с последующей электрохимической обработкой в электроактиваторе, разделенном полупроницаемой мембраной на анодную и катодную камеры, отличающийся тем, что электрохимическую обработку стока ведут в анодной камере с использованием алюминиевого анода при подаче в катодную камеру водного раствора хлорида щелочного металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрохимическую обработку ведут при энергозатратах 2,0-3,0 кВт · ч/м³ и концентрации водного раствора хлорида щелочного металла 5-10%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2