Техника для сепарации навоза
Для эффективного использования жидкого навоза в качестве органического удобрения. Он должен содержать как можно больше питательных веществ для растений. Поэтому его нужно избавить от лишнего - воды.
Йорг Мёбиус, agrarmanager, ФРГ
В большинстве стран существуют законодательные требования, регламентирующие порядок и нормы внесения жидкого навоза на поля. В некоторых случаях нормы внесения навоза устанавливаются региональным законодательством. Однако даже при наличии у сельхозпредприятия больших площадей, куда возможно внести эти животноводческие отходы, оно сталкивается с другой проблемой - логистической. Большое транспортное плечо от лагуны до поля или сенокоса/пастбища, куда предполагается вносить большие объемы «органики», способно сделать этот процесс весьма затратным.
Поэтому лучше не возить жидкий навоз и воду в нем на большие расстояния. Ведь в центре внимания должны находиться питательные вещества. Отходы животноводческих комплексов и биогазовых станций можно использовать в качестве замены минеральных удобрений.
В настоящее время наряду с широко распространенными техническими решениями для механической сепарации жидкого навоза на рынке представлены термические методы, а также комплексные решения для глубокой переработки.
Механика сепарации навоза
Стоимость обезвоживания навоза складывается из двух компонентов: затраты на уплотнение жидкого навоза и затраты на сепарацию.
Первые составляют порядка 1,5 евро/м3, а вторые - 3 евро/т. Это средние цифры, которыми оперируют работающие в этой сфере консалтинговые фирмы. Однако в зависимости от типа используемой техники они могут существенно отличаться. При расчете экономической эффективности Сельскохозяйственная палата федеральной земли Северный Рейн-Вестфалия для оценки капитальных затрат на установку одноступенчатой стационарной системы сепарации навоза в хозяйствах ориентируется на сумму около 30000 евро.
Стоимость затрат на приобретение аналогичной системы, но уже в мобильном исполнении, оценивается в дополнительные 10000 евро. Если же речь заходит о двухступенчатой сепарации, то консультанты отталкиваются от суммы примерно 200000 евро.
- 25% массы;
- 50% сухого вещества;
- 30% азота;
- до 40% фосфатов.
Это означает, что из одной тонны жидкого навоза будет получено 250 кг твердой фракции и 750 кг - жидкой. В твердой будет содержаться примерно 30% азота и 40% фосфатов. Остальное останется в жидкой фракции.
Еще одним способом механической сепарации является использование декантеров (центрифуг).
Они требуют большего количества энергии для работы, но при сепарировании такие установки способны перевести больший процент фосфатов в твердую фракцию. За отделение воды отвечает быстро вращающийся барабан сепаратора. В отличие от шнековых моделей, они способны выделить из жидкого навоза не только волокна, но и более мелкие частицы. Благодаря этому в твердой фракции содержится больше питательных веществ. Так, декантер позволяет получить:
- 15% массы;
- 60% сухого вещества;
- 20% азота;
- до 70% фосфатов.
Многоступенчатые сепараторы имеют в своей конструкции две центрифуги. Они весьма дорогие и требуют для работы много энергии. Однако и результат они показывают лучше:
- 30% массы;
- 90% сухого вещества;
- 50% азота;
- до 95% фосфатов.
Наряду со стационарными установками для сепарации жидкого навоза на рынке представлены и мобильные решения. Такую установку можно загрузить в кузов прицепа
или на грузовой автомобиль с помощью обычного вилочного погрузчика, что позволит при необходимости перемещать ее между несколькими объектами. Благодаря этому такую систему можно использовать в качестве техники для оказания подрядных работ фермерам с небольшим поголовьем животных.
Помимо перечисленных выше способов механической сепарации, которые наиболее часто используются на практике для «обезвоживания» навоза, необходимо упомянуть такое многоступенчатое решение, как ленточный фильтр-пресс.
Термическая сепарация навоза
Первый способ термической обработки
Излишки тепловой энергии, возникающие при генерации электрического тока на биогазовой станции, вполне можно использовать для дополнительной сушки или выпаривания излишней влаги навоза. Ленточные сушилки, ориентированы на работу с твердой фракцией. По ходу прохождения конвейера она сушится потоком теплого воздуха. Установки для выпаривания и сгущения предназначены для работы с жидким навозом или пометом.
Система предназначена для повышения доли сухого вещества в жидком навозе. Например, в случае со свиным навозом, изначально содержащим 3% сухого вещества, на выходе можно добиться 6% «раствора». Внутри основного блока расположен вращающийся барабан с решетами. Общая площадь поверхности решет составляет почти 400 кв. м. Каждое из решет окунается в жидкий навоз, захватывает небольшую его часть и транспортирует вверх по ходу вращения барабана. Затем решета попадают в зону горячего воздушного потока, который генерируется продувающими теплообменник вентиляторами. Таким образом, из навоза удаляется часть жидкости и аммиака.
Прошедший через решета поток воздуха, насыщенный влагой и аммиаком, попадает в воздушную мойку. Там с помощью серной кислоты из него выделяется до 99% аммиака, а затем аммиак переводится в жидкую форму. Полученный водный раствор (по сути КАС. - Прим, ред.) можно использовать для замены минеральных удобрений в качестве жидкой подкормки с отличными свойствами. В такой форме питательные вещества подкормки намного проще доставить до прикорневой зоны растений.
Второй способ термической обработки
Основной принцип технологии ее работы проектировщики из немецкого города Фехта взяли из птицеводческого сектора - сушка помета в аппарате туннельного типа. Вначале навоз сепарируется и подается на ленту сушильной установки. Там он сначала высушивается до определенной величины содержания сухого вещества, а затем снова увлажняется жидкой фракцией. Степень увлажнения зависит от требуемого уровня сухого вещества. По завершении производственного процесса содержание сухого вещества в навозе может составлять до 85%. При этом все питательные вещества сохраняются в навозе благодаря обратному подмешиванию жидкой фракции и испарению воды.
Третий способ термической обработки
Еще одним термическим способом обезвоживания навоза, но уже густого навоза или биошлама из ферментера, является его сушка в специально возведенном строении тепличного типа. Сушка осуществляется за счет притока теплого воздуха из микротурбины, которая работает на биогазе и отвечает за привод электрического генератора. Ворошение навоза или биошлама в процессе сушки осуществляет самоходный робот, работающий по всей поверхности сушилки.
Вместо кукурузы и подстилки
При использовании твердой фракции навоза в качестве органического удобрения стоит помнить, что после сепарации навоза в ней меняется концентрация питательных веществ для растений. Поэтому придется регулярно проводить анализы и вести документацию. Твердую фракцию можно перевозить на длинные расстояния. Для ее внесения хорошо подходит обычный разбрасыватель для органических удобрений.
Наряду с использованием в качестве удобрения твердая фракция навоза может стать неплохим субстратом для биогазовых станций. При наличии ее в больших объемах такой вариант может быть вполне оправдан. Из тонны твердой фракции сепарированного навоза в биогазовой установке можно получить столько же энергии, сколько даст загрузка 300 кг кукурузного силоса.
Третьим возможным способом использования твердой фракции является применение ее в качестве подстилки для животных.
Установки полного цикла переработки навоза
Установка предназначена для многоступенчатой переработки навоза или биошлама. На выходе из установки по переработке навоза получаются сепарированные сухие вещества и вода. Установка работает с применением химикатов.
Впрочем, на рынке есть решения, которым «химия» не требуется.
Наряду с этим в научно-исследовательских институтах тестируются методы, позволяющие с помощью реагентов извлекать питательные вещества, сначала кристаллизуя их, а затем - отфильтровывая.
Система ориентирована на работу с отходами, полученными из биогазовой установки. Сначала биошлам проходит сепарацию, затем из его жидкой фракции выпаривается вода, после чего она конденсируется и отправляется в систему, работающую по принципу обратного осмоса.
Узлы и агрегаты установки выполнены из очень высококачественных материалов, например рама и паровые котлы изготовлены из нержавеющей стали. Это обеспечивает существенно более долгий срок службы установки. Задачей системы, работающей по принципу обратного осмоса, является существенно снизить объем жидкой фракции и получить высококачественные жидкие удобрения.
Наш опыт
В России, в отличие от европейских стран, строятся преимущественно крупные животноводческие комплексы, что позволяет значительно снизить удельные затраты на производство продукции. Вместе с тем концентрация в одном месте значительных объёмов свежего навоза (помёта) является основной экологической проблемой для прилегающих к комплексам районов. Поэтому переработка навоза является одной из главных задач, требующих незамедлительного решения.
Основными документами в России, регламентирующими на государственном уровне процессы переработки, хранения и использования навоза, являются РД-АПК 1.10.15.02-17 и ГОСТ Р 53117-2008.
В данных документах подробно описываются не только указанные в статье технологические процессы и виды оборудования, но и приводятся необходимые параметры процессов, которые позволяют достигнуть желаемых результатов и получить из навоза ценные органические удобрения.
Учитывая большой размер животноводческих ферм и комплексов в России, а также длительный зимний период, препятствующий внесению органики в почву, наиболее приемлемой технологией переработки жидкого навоза в органические удобрения и внесения их в почву является:
- Разделение жидкого навоза на твёрдую и жидкую фракции. В основном на шнековых сепараторах, а также декантерах, позволяющих выделить большее количество взвешенных частиц и получить более осветлённую жидкую фракцию, что дает возможность увеличить норму внесения при недостатке площадей. Надо иметь в виду, что декантеры имеют высокую стоимость и осветление в них осуществляется при применении флокулянтов. Прочие виды оборудования (фильтр-прессы, специализированные очистные установки, и т.д.) не применяются из-за высокой стоимости обслуживания. Кроме того, поскольку жидкая фракция используется как органическое удобрение, очищение её до состояния технической воды теряет смысл.
- Жидкая фракция направляется в плёночные накопители для обезвреживания от гельминтов. Сроки выдержки жидкой фракции уменьшаются в 1,5-1,8 раза по сравнению с нормируемой выдержкой жидкого навоза, что позволяет получить значительную экономию капитальных вложений. Для снижения содержания азота и уменьшения запахов могут использоваться аэраторы.
- Твёрдая фракция направляется на площадки компостирования для приготовления ценного твёрдого органического удобрения.
- После выдержки жидкая фракция перекачивается на поля по шланговым системам длиной до 12 км и вносится в почву поверхностно или с заделкой.
- Твёрдое органическое удобрение (компост) вывозится на дальние поля и вносится с помощью разбрасывателей.
Из навоза КРС может вырабатываться подстилка для коров в специальных биореакторах. Дигестат, получаемый в биогазовых установках, также разделяется на фракции и используется аналогично указанным выше пунктам. Избыток тепла БГУ может использоваться для сушки компоста перед гранулированием и упаковкой.
Таким образом, на выходе из установки получается почти полностью очищенная от азота вода и жидкие высококонцентрированные удобрения, содержащие все питательные вещества для растений, которые были изначально в жидкой фракции после сепарации. Важно отметить, что в процессе переработки летучий аммиак переводится в более стабильную форму - сульфата аммония. Тем самым снижаются потери азота при внесении удобрений. Важным аспектом такой установки является повышение экономической эффективности работы модульной тепловой электростанции биогазовой установки за счет использования, излишков тепла на производство удобрений. Кроме этого, в Германии хозяйствам, эксплуатирующим биогазовые установки и использующим дополнительные системы с задействованием когенерации тепла, выплачивается бонусное вознаграждение - KWK bonus (3 евроцента/кВт-ч. - Прим. ред.). Модульный принцип построения таких систем позволяет гибко адаптировать ее к уже существующей биогазовой станции и разместить ее в уже имеющемся машинном зале.
Систему можно скомпоновать и по блочному принципу. В этом случае она полностью помещается в один контейнер. Однако стоит помнить о том, что вода, полученная из жидкой фракции, не является полностью очищенной. Ее необходимо направлять на биоинженерные очистные сооружения (или использовать для полива. - Прим. ред.).
Работа системы начинается не с сепарации, а со смешивания биошлама из ферментера или жидкого навоза с фермы. Этот процесс является неотъемлемой частью работы. В этот момент в отходы добавляется химический флокулянт, целью которого является фиксация определенных питательных веществ. Помимо прочего, это позволяет более эффективно провести сепарацию твердой фракции навоза и снизить загрязненность примесями жидкой фракции на следующем этапе - ленточном фильтр-прессе. Содержание сухого вещества в твердой фракции навоза после сепарации составляет примерно 30%. Это позволяет ее использовать в качестве твердых органических удобрений, компоста, подстилки или субстрата для биогазовой установки, разумеется, если речь идет о переработке навоза. Оставшаяся жидкая фракция навоза проходит сначала очистку на флотационной установке, где из нее удаляются мелкие частицы и взвесь, а затем через фильтр тонкой очистки.
Заключительным этапом работы установки является прохождение жидкой фракции через трехступенчатую систему с обратным осмосом для повышения концентрации солей и питательных веществ. В результате объем жидких удобрений с высоким содержанием азота составляет всего четверть от изначального объема навоза или биошлама, который был на входе в установку. Основной объем на выходе из установки чистая вода - 50%. Ее, после прохода «ионообменника», вполне можно использовать для хозяйственных нужд.
Автор статьи: Йорг Мёбиус, agrarmanager, ФРГ
Просмотр статьи Лишняя вода в pdf
Лишняя Вода - Статья опубликована в журнале НСХ (Новое Сельское Хозяйство), №1/2018.