Способ приготовления органоминеральной удобрительной смеси

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к переработке навозных и пометных стоков. Способ включает смешивание песка цеолита с частично обезвоженным осадком навозных или пометных стоков в пропорции 1:2-1:3 и термообработку смеси для полного обезвоживания. Смешивание проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную дренами. Песок цеолита рассеивают по поверхности каждого слоя по мере его напуска. Первый слой песка цеолита наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен. Термообработку проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года. Торцы дрен выполняют открытыми, сообщающимися с атмосферой и устанавливают их в шахматном порядке в 2-3 яруса одновременно с рассеиванием цеолита на уровне каждого слоя. Изобретение позволяет получить продукт с низкой остаточной влажностью рассыпчатой структуры. 2 ил.

Изобретение относится к области переработки осадков сельскохозяйственных сточных вод с целью получения удобрений для мелиорации почв и повышения их продуктивности и, в частности, может использоваться на очистных станциях кондиционирования стоков животноводческих комплексов и птицефабрик.

Известен способ обработки осадков сточных вод, включающий сушку осадка в присутствии сланцевой золы пылевидной консистенции в количестве 50-70% от веса обрабатываемого осадка с целью получения сыпучего продукта, пригодного для использования в качестве удобрения в сельском хозяйстве (А.с. №812771, МПК⁷ C 02 F 11/16, Бюл. №10, 1981).

Недостатком известного способа является высокая энергоемкость, обусловленная необходимостью поддерживания в процессе высушивания осадка высокой температуры при необходимости доставки зольных продуктов в больших объемах - до 70% от массы обрабатываемого осадка.

Известен способ получения органоминерального удобрения путем смешивания торфа и сапропеля с использованием торфа средней и высокой степени разложения 40-50%-ной влажности и сапропеля органического и органо-минерального класса с влажностью, соответствующей его текучепластичному состоянию, смешение торфа и сапропеля осуществляют при массовом соотношении (80-70):(20-30), после чего смесь компостируют в течение 1,5 месяцев. (А.с. №1198048, МПК⁷ C 05 F 7/00, 11/00, Бюл. №46, 1985).

Недостатком известного способа являются большие энергозатраты, связанные с необходимостью механического перемешивания торфа и сапропеля при большой продолжительности приготовления удобрения, связанной с высушиванием торфа до требуемой влажности и компостированием смеси с использованием больших площадей для обеспечения указанных операций.

Известен способ непрерывной сушки вымораживанием, включающий подготовку материала, предназначенного для сушки, в виде шлама, который подают вдоль непрерывной технологической линии и на определенном участке этой линии его замораживают, поддерживая падение давления в этой зоне, на следующем участке линии шлам нагревают при пониженном давлении, чтобы обеспечить сублимацию замороженного материала (Патент США №4590684, МПК⁵ C 02 F 11/20, 23.07.86).

Недостатком известного способа является высокая энергоемкость, обусловленная необходимостью больших затрат энергии для поддерживания в процессе обработки материала низких температур с последующим нагреванием осадка в ходе его обработки и для создания пониженного давления на участках технологической линии, где проводят замораживание и нагревание.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является технология приготовления органоминеральных удобрений на основе птичьего помета и цеолита (Дрыганов В.Н., Плескачевская Л.Ф. Технология приготовления органоминеральных удобрений на основе птичьего помета и цеолита / Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии мелиорации земель и сельскохозяйственного производства. Плодородие почв // Каталог паспортов. Научно-технические достижения в мелиорации и водном хозяйстве, Кн. 1. вып.20, - М.: ЦНТИ “Мелиоводинформ”. 1998, с. 3 и 4), включающая смешивание цеолита и птичьего помета в объемной пропорции 1:3 буртованием при предварительном снижении влажности помета до 55-60% подсушиванием при активном вентилировании и последующем компостировании при естественных температурах воздуха. Получаемое удобрение обладает пролонгирующим действием за счет связывания питательных веществ цеолитом, экологически чистое и содержит комплекс питательных элементов: органического вещества 65-70%, подвижных форм фосфора и калия 0,4 и 1,0% соответственно.

Недостатком известного технического решения является значительные энергетические затраты, связанные с предварительным обезвоживанием птичьего помета до требуемой влажности подсушиванием при естественных температурах воздуха, активным вентилированием и перебуртовкой с использованием больших площадей для обеспечения указанных операций.

Задача изобретения - обеспечить снижение энергозатрат при обезвоживании органоминеральной смеси из осадка сельскохозяйственных сточных вод и минеральных добавок при приготовлении удобрений за счет термообработки при естественных низких температурах воздуха в холодный период года. Это позволит снизить себестоимость получения высокоэффективного продукта с низкой остаточной влажностью рассыпчатой структуры, готового к непосредственному использованию для удобрительных мелиорации почв.

Указанная задача решается следующим образом.

В известном способе, включающем смешивание песка цеолита с частично обезвоженным осадком навозных или пометных стоков в пропорции 1:2-1:3 и термообработку смеси для полного обезвоживания, смешивание проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную дренами и равномерного рассеивания песка цеолита по поверхности каждого слоя осадка и по мере его напуска, первый слой песка цеолита наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен, термообработку проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, торцы дрен выполняют открытыми, сообщающимися с атмосферой и устанавливают их в шахматном порядке в 2-3 яруса на уровне каждого слоя песка цеолита.

Отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения являются:

смешивание проводят посредством послойного напуска осадка на площадку и равномерного рассеивания песка цеолита по поверхности каждого слоя осадка и по мере его напуска;

напуск осадка проводят на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную дренами;

первый слой песка цеолита наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен;

термообработку проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года;

торцы дрен выполняют открытыми, сообщающимися с атмосферой и устанавливают их в шахматном порядке в 2-3 яруса на уровне каждого слоя песка цеолита.

Смешивание проводят посредством послойного напуска осадка на площадку и равномерного рассеивания песка цеолита по поверхности каждого слоя осадка и по мере его напуска, что исключает необходимость предварительного снижения влажности подсушиванием и использования специальных сооружений для накопления и активного вентилирования осадка с влажностью до 80-90%. При рассеивании песка цеолита на поверхность осадка, находящегося во влажно-текучем состоянии, происходит постепенное проникновение песка цеолита - осаждение его в слое осадка пометных стоков. Причем, этот процесс по мере уменьшения влажности замедляется и относительно равномерное распределение песка цеолита в слое осадка обеспечивается при мощности слоя в пределах 0,5-0,6 м и для более равномерного распределения песка цеолита в толще каждого слоя осадка проводят рассеивание песка цеолита по мере напуска каждого слоя осадка, что особенно важно при влажности осадка менее 80%.

Напуск осадка проводят на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную дренами, которые обеспечивают оперативный отвод части несвязанной воды, активное промораживание всей толщи цеолитопометной смеси в холодный период года при отрицательных температурах воздуха, инвентарные съемные стенки при подаче на площадку осадка, находящегося во влажно-текучем состоянии, предотвращают его растекание, а на заключительном этапе подготовки удобрительной смеси после удаления стенок обеспечивается оптимальный доступ к бурту для затаривания и расфасовывания удобрения. Применение инвентарных съемных стенок и полиэтиленовых дрен позволяет использовать их многократно.

Первый слой песка цеолита наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен, что упрощает их монтаж, а также позволяет активно удалять избыточную влагу, которая дренируется более проницаемым песчаным слоем и обеспечивает промораживание нижних слоев смеси.

Термообработку проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, что исключает необходимость использования каких-либо устройств для подсушивания смеси и удаления рыхло- и прочносвязанной воды и, следовательно, существенно снижает энергозатраты на приготовление удобрения.

Торцы дрен выполняют открытыми, сообщающимися с атмосферой и устанавливают их в шахматном порядке в 2-3 яруса на уровне каждого слоя песка цеолита, что обеспечивает оперативное удаление избыточной влаги, быстрое и более глубокое (с более низкими температурами) промораживание всей толщи смеси, что способствует более полному удалению прочносвязанной воды, а в теплый период года обеспечивает быстрое оттаивание смеси, удаление остаточной влаги и вентилирование смеси.

Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: снижения энергозатрат при обезвоживании органоминеральной смеси из осадка сельскохозяйственных сточных вод и минеральных добавок при приготовлении удобрений за счет термообработки при естественных низких температурах воздуха в холодный период года.

Пример промышленной применимости изобретения.

На фиг.1 представлена схема (поперечный разрез) площадки приготовления органоминеральной удобрительной смеси, иллюстрирующая последовательность операций предлагаемого способа, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. На схеме условно показан трубопровод 1, по которому подают осадок во влажно-текучем состоянии с влажностью 80-90% и выше, на площадке с выровненной поверхностью, с бетонным или асфальтовым покрытием размещают дрены 2 в два-три яруса, торцы которых выводят за пределы поперечных съемных стенок 3 и оставляют открытыми. Дрены 2 засыпают слоем песка цеолита 4 и производят напуск слоя осадка 5, вода из каждого слоя осадка 5 поступает в дрены 2 и отводится по ним за пределы площадки в сборный канал 6.

Сточные воды, например, птицефабрики, образующиеся после гидросмыва, подают на первую ступень очистных сооружений, где происходит их разделение на жидкую фракцию и осадок пометных стоков. Жидкая фракция направляется на следующую ступень кондиционирования, а осадок во влажно-текучем состоянии с влажностью 80-90% и выше поступает в емкость накопитель (условно не показан), из которой по трубопроводу 1 или с помощью автотранспорта подается на площадку для обезвоживания, где на выровненной поверхности с бетонным или асфальтовым покрытием предварительно укладывают дрены 2, например, трубы дренажные гофрированные из полиэтилена низкого давления (ТУ 33-1018312-89) с наружным диаметром 50 мм с расстоянием между дренами 2 не более 1,5 м. Устанавливают инвентарные съемные стенки 3 по периметру площадки с размерами по ширине, например, 5-6 м и по длине 10-12 м с таким расчетом, чтобы торцы дрен 2 были выведены за пределы поперечных съемных стенок 3 и оставались открытыми. С целью ускорения процесса приготовления органоминеральной смеси площадку размещают под навесом, что предотвращает дополнительное увлажнение ее при выпадении осадков. Дрены 2 первого яруса до напуска осадка засыпают песком цеолита 4 слоем 0,07-0,10 м от мелкой до пылеватой фракции. Конец трубопровода 1 для подачи осадка целесообразно выполнять гибким с размещением его непосредственно на поверхности слоя песка цеолита 4 для уменьшения степени его размыва и производят напуск осадка с одновременным рассеиванием песка цеолита. Рассеивание песка цеолита производят, например, с помощью механизмов, применяемых для разбрасывания минеральных удобрений: РУМ-5 или РУМ-8. После напуска осадка 5 слоем 0,5-0,6 м на его поверхность в шахматном порядке относительно первого яруса дрен 2 укладывают второй ярус дрен 2 и равномерно засыпают слоем песка цеолита 4 мощностью 0,05-0,07 м и вновь проводят напуск осадка 5 слоем 0,5-0,6 м и рассеивание песка цеолита, укладывают третий ярус дрен 2, засыпают песком цеолита 4 слоем той же мощности и проводят напуск третьего слоя осадка 5 с одновременным рассеиванием песка цеолита. Общий объем песка цеолита должен быть не менее 25-33% от общего объема осадка в трех образованных слоях. На первом этапе несвязанная вода из каждого слоя осадка 5 поступает в дрены 2 и отводится по ним за пределы площадки в сборный канал 6. При этом, процесс отвода несвязанной воды интенсифицируется за счет наличия на уровне каждого яруса дрен 2 относительно хорошо проницаемого слоя песка цеолита 4. Обладая большей объемной массой, составляющей, например, для песка Чугуевского месторождения (Приморский край) 1,85-2,09 г/см³, песок цеолита 4 постепенно проникает в нижерасположенный слой осадка 5, объемная масса которого не превышает 1,2 г/см³, чем обеспечивается их смешивание. Для более равномерного распределения песка цеолита в толще каждого слоя осадка 5 рассеивание песка цеолита проводят также и по мере напуска каждого слоя осадка, что особенно важно при влажности осадка менее 80%. По мере потери влаги каждый слой осадка 5 уплотняется и процесс проникновения в него песка цеолита затухает, причем, относительно равномерное распределение песка цеолита 4 в слое осадка 5 обеспечивается при мощности слоя осадка 5 в пределах 0,5-0,6 м. Цеолит, обладая высокими сорбционными свойствами, накапливает питательные вещества. При наступлении отрицательных температур воздуха происходит промораживание осадка 5 с песком цеолита 4 как за счет проникновения холода через открытую поверхность образованного бурта и боковые поверхности ограждающих конструкций - инвентарных съемных стенок 3, так и за счет проникновения холода через открытые торцы дрен 2. При активном промораживании рыхло- и прочносвязанная вода, которой в осадке 5 пометных стоков содержится до 20-28% от общего количества воды, освобождается из органических структур и образует микролинзы льда внутри органоминеральной смеси из осадка 5 и песка цеолита 4. При этом расположение дрен 2 в шахматном порядке обеспечивает взаимное пересечение ореолов промораживания, образующихся вокруг каждой дрены 2, что способствует выравниванию температуры внутри бурта и полному промораживанию всего объема смеси. Таким образом, рыхло- и прочносвязанная вода после оттаивания бурта достаточно легко отводится дренами 2 и влажность смеси в целом понижается до 40%, при этом быстрому оттаиванию способствуют дрены 2, открытые концы которых обеспечивают проникновение положительных температур внутрь бурта, а вода из образованных при промораживании микролинз отводится дренами 2 за пределы площадки в сборный канал 6. Органоминеральная смесь, образующаяся в бурте, после наступления положительных температур подвергается компостированию в течение 30 суток, когда внутри бурта проходят микробиологические процессы, существенно повышается температура (до 50°С и выше), уничтожаются патогенные микроорганизмы, в частности, гельминты, завершается процесс адсорбирования питательных веществ цеолитом, а смесь после потери избыточной влаги приобретает сыпучесть. В составе органоминеральной смеси в присутствии цеолита накапливаются питательные вещества в легкодоступных для растений формах (в % к общему объему смеси): NH₄ - 0,95-1,1; P₂O₅ - 0,15-0,21; К₂О - 0,45-0,50; Ca+Mg - 0,60-0,75, что по содержанию этих питательных элементов существенно превосходит все виды навоза при достаточно высоком содержании гумуса - до 8,5%, а благодаря адсорбированию их на цеолите у смеси появляются пролонгирующие свойства, препятствующие быстрому вымыванию питательных веществ из почвы. Причем, в числе питательных элементов в цеолито-пометной смеси удерживается аммиачный азот, который обычно быстро улетучивается или вымывается при использовании других органоминеральных смесей и компостов. После компостирования смеси производят демонтаж инвентарных съемных стенок 3, установленных по периметру площадки, дрены 2 также удаляют из бурта вытягиванием и производят фасовку готового удобрения или погрузку в транспортные средства с целью его последующего использования. Инвентарные съемные стенки 3 и дрены 2 в процессе приготовления органоминеральной смеси используются многократно. Общий объем удобрительной смеси на одной площадке с размерами в плане 6×12 м при высоте стенок 1,6 м составляет 110-120 м³ при общей продолжительности процесса приготовления смеси 150-180 суток в зависимости от продолжительности периода года с отрицательными температурами. При годовом объеме осадка сточных вод птицефабрики мощностью в пределах 1 млн голов птицы, составляющем 5,0 тыс.м³, потребуется 20-25 площадок для приготовления органоминеральной цеолито-пометной смеси. Экологическая безопасность применения получаемой удобрительной смеси подтверждается сертификатом соответствия. Повышение продуктивности при внесении в почву цеолито-пометной смеси в объеме 15 т/га для овощных культур и картофеля составляет более 50%.

Приготовление органоминеральных удобрительных смесей таким способом может производиться и с использованием песка цеолита и осадков сточных вод животноводческих предприятий, илового осадка бытовых сточных вод с повышенной влажностью, находящихся во влажнотекучем состоянии, а также с использованием сапропеля. При приготовлении таких смесей возможно также и целенаправленное использование других минеральных добавок, в частности, зольного продукта или извести.

Формула изобретения

Способ приготовления органоминеральной удобрительной смеси, включающий смешивание песка цеолита с частично обезвоженным осадком навозных или пометных стоков в пропорции 1:2-1:3 и термообработку смеси для полного обезвоживания, отличающийся тем, что смешивание проводят посредством послойного напуска осадка на площадку, огороженную инвентарными съемными стенками и оборудованную дренами, и равномерного рассеивания песка цеолита по поверхности каждого слоя осадка и по мере его напуска, первый слой песка цеолита наносят на основание площадки с предварительно установленным первым ярусом дрен, термообработку проводят замораживанием при естественных температурах в холодный период года, торцы дрен выполняют открытыми, сообщающимися с атмосферой и устанавливают их в шахматном порядке в 2-3 яруса одновременно с рассеиванием цеолита на уровне каждого слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2