Способ и устройство для переработки навозного шлама
Изобретение относится к способу переработки навозного шлама, включающему стадии: обеспечения навозного шлама, подвергания навозного шлама разделению с получением первой сухой фракции и первой жидкой фракции, подвергания первой жидкой фракции стадии центрифугирования с получением второй сухой фракции и второй жидкой фракции, подвергания второй жидкой фракции одной или более последовательным стадиям фильтрации обратным осмосом (RO) с получением одного или более RO-ретентатов и одного или более RO-пермеатов, причем сырьем для каждой последующей стадии RO-фильтрации является RO-пермеат, полученный на предыдущей стадии RO-фильтрации. Изобретение касается также устройства для переработки навозного шлама. Техническим результатом является повышение эффективности переработки навозного шлама с получением удобрения различных фракций. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр., 3 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к сельскохозяйственным и сепарационным технологиям. Более конкретно, изобретение относится к переработке навозного шлама посредством сепарационных технологий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На сегодняшний день производство молока и животноводство являются крайне централизованными отраслями. В связи с этим, животноводческие хозяйства увеличиваются в размерах и образуются большие количества навозного шлама на местах. Большие количества навозного шлама приводят к проблемам логистики, поскольку навоз должен быть разбросан по большой площади поля за короткий период времени. При этом, навоз должен быть транспортирован на большие расстояния, что влечет за собой расходы. Кроме того, требуются значительные капиталовложения в разбрасывающее оборудование. Поскольку животноводческие хозяйства укрупняются, рационализация переработки навозного шлама становится как никогда важной. Размер существующих контейнеров для навозного шлама составляет примерно от 1000 м3 до 8000 м3, что означает, что существует большая потребность в обезвоживании или концентрировании навозного шлама.
Разбрасывание навозного шлама на поля в настоящее время ограничено высоким содержанием фосфора в навозе. Следовательно, даже по экологическим соображениям, существует необходимость в дальнейшем развитии процесса переработки навозного шлама, с тем чтобы он и его ценные компоненты могли использоваться более эффективно, чем ранее.
В заявке на патент Финляндии 20126072 описан способ переработки навозного шлама, в котором гомогенный навозный шлам подвергают микрофильтрации, и полученный пермеат микрофильтрации концентрируют за одну или более стадий обратного осмоса.
Рециркуляция питательных веществ, предотвращение эвтрофикации водной системы и так называемая биоэкономика являются актуальными вопросами во всем мире.
Авторы настоящего изобретения нашли усовершенствованный способ переработки навозного шлама, в котором навоз эффективно обезвоживается, и питательные вещества эффективно разделяются на различные фракции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является предложить способ для переработки навозного шлама, включающий стадии:
а) обеспечения навозного шлама,
b) подвергания навозного шлама разделению с получением первой сухой фракции и первой жидкой фракции,
с) подвергания первой жидкой фракции стадии центрифугирования с получением второй сухой фракции и второй жидкой фракции,
d) подвергания второй жидкой фракции одной или более последовательным стадиям фильтрации обратным осмосом (RO) с получением одного или более RO-ретентатов и одного или более RO-пермеатов, причем сырьем для каждой последующей стадии RO-фильтрации является RO-пермеат, полученный на предыдущей стадии RO-фильтрации.
Настоящее изобретение предлагает эффективный способ разделения воды и твердого вещества навозного шлама. Преимущество концентрирования навозного шлама заключается в том, что снижается транспортировка воды. Это опять-таки снижает расходы на транспортировку и разбрасывание, уменьшает уплотнение пахотных земель и дает возможность более эффективно использовать питательные вещества навоза.
Кроме того, изобретение предлагает способ, в котором питательные вещества, такие как фосфор, азот и калий, присутствующие в навозном шламе, эффективно разделяются на различные фракции. В данном способе фосфор в основном сохраняется в сухих фракциях, получаемых в способе, тогда как азот и калий довольно равномерно распределяются между сухими и жидкими фракциями. Это обеспечивает оптимальное использование различных фракций, полученных в способе, надлежащим образом.
Изобретение также предлагает способ, который дает большое количество водной фракции с крайне низкой химической потребностью в кислороде (ХПК) и низкими содержаниями азота, калия и фосфора.
Кроме того, изобретение предлагает способ, который образует жидкую фракцию, которая содержит большое количество азота, но по существу не содержит фосфора.
Преимущество изобретения также заключается в том, что разбрасывание навозного шлама улучшается, поскольку содержащие питательные вещества фракции могут быть более эффективно разбросаны по сравнению с необработанным навозным шламом. Кроме того, существуют экономические и экологические преимущества, в том числе экономия затрат на разбрасывание, более точная дозировка определенных питательных веществ при внесении удобрений, лучшая реакция на питательные вещества, отсутствие необходимости во вспомогательной зоне разбрасывания, требуемой нормативами, и менее продолжительное хранение навоза.
Другой задачей изобретения является предложить устройство для переработки навозного шлама, включающее в себя:
- сепараторную установку для разделения навозного шлама на сухую фракцию и первую жидкую фракцию,
- одну или более центрифуги для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции с получением второй жидкой фракции,
- одну или более установок обратного осмоса для концентрирования второй жидкой фракции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлен вариант осуществления способа изобретения;
на фиг.2 представлен вариант осуществления способа по изобретению и проиллюстрирована циркуляция различных фракций, полученных в способе;
на фиг.3 представлен вариант осуществления устройства по изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является предложить способ для переработки навозного шлама, включающий стадии:
а) обеспечения навозного шлама,
b) подвергания навозного шлама разделению с получением первой сухой фракции и первой жидкой фракции,
с) подвергания первой жидкой фракции стадии центрифугирования с получением второй сухой фракции и второй жидкой фракции,
d) подвергания второй жидкой фракции одной или более последовательным стадиям фильтрации обратным осмосом (RO) с получением одного или более RO-ретентатов и одного или более RO-пермеатов, причем сырьем для каждой последующей стадии RO-фильтрации является RO-пермеат, полученный на предыдущей стадии RO-фильтрации.
Навозный шлам, используемый в способе по изобретению, может быть получен от любого животного. Обычно навозный шлам получают от крупного рогатого скота или свиней.
В способе по изобретению навозный шлам обычно перерабатывают при его естественной температуре. При необходимости, способ может включать стадию нагревания или стадию охлаждения на любом этапе во время способа, чтобы усилить разделение питательных веществ.
На фиг.1 проиллюстрирован вариант осуществления способа изобретения. В данном варианте осуществления используются две стадии обратноосмотической фильтрации. Пунктирные линии указывают необязательные варианты осуществления изобретения. Фракции, набранные курсивом, представляют собой конечные продукты, которые могут использоваться, например, в качестве готовых к применению содержащих питательные вещества композиций в виде удобрений.
Концентрация сухого вещества в навозном шламе, подлежащем переработке, обычно находится в диапазоне от примерно 1% масс. до примерно 15% масс. Используемый здесь термин «концентрация сухого вещества» подразумевает содержание как растворимых, так и нерастворимых твердых веществ. Химическая потребность в кислороде навозного шлама обычно составляет >15000 мг О2/л. Азот, фосфор и калий в навозном шламе обычно присутствуют в соотношении N:P:K 3-10:1:3-10. В варианте осуществления N:P:K составляет 4,6:1:4,4.
В данном способе навозный шлам подвергают стадии разделения для удаления наиболее крупных твердых частиц из шлама. Может использоваться любое устройство, обеспечивающее отделение твердого вещества от жидкости. Например, разделение может осуществляться фильтрацией, центрифугированием, пропусканием через сито, необязательно с использованием давления, или посредством механических сепараторов, включающих барабанный фильтр, шнековый пресс или дисковый фильтр. Разделение также может быть осуществлено посредством пропускания под давлением навоза через сетку. В одном варианте осуществления разделение осуществляют посредством шнекового пресса. В другом варианте осуществления разделение осуществляют посредством декантерной центрифуги.
На стадии разделения b) образуется от примерно 15% масс. до примерно 35% масс. сухой фракции, т.е. первой сухой фракции, и от примерно 65% масс. до примерно 85% масс. жидкой фракции, т.е. первой жидкой фракции. В одном варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции составляет от примерно 15% масс. до примерно 35% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции находится в диапазоне от примерно 15% масс. до примерно 30% масс. В еще одном варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции находится в диапазоне от примерно 18% масс. до примерно 25% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции составляет примерно 20% масс. В одном варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции составляет примерно 23% масс. Соотношение N:P:K сухой фракции находится в диапазоне 2-4:1:1-2. В варианте осуществления соотношение N:P:K составляет 3-4:1:1-2. В другом варианте осуществления соотношение N:P:K составляет 3,7:1:1,6.
Сухая фракция, полученная в результате разделения, представляет собой готовую к применению фракцию, содержащую питательные вещества, которая может разбрасываться на почву.
Концентрация сухого вещества жидкой фракции, полученной в результате указанного выше разделения, находится в диапазоне от примерно 0,5% масс. до примерно 7% масс. В варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 0,5% масс. до примерно 5% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 0,5% масс. до примерно 2% масс. В еще одном варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 1,5% масс. до примерно 5% масс. Согласно еще одному варианту осуществления концентрация сухого вещества жидкой фракции находится в диапазоне от примерно 1,5% масс. до примерно 2% масс.
Стадия b) разделения может быть улучшена путем промывки, в результате чего увеличивается перенос растворимых минералов сухого вещества и/или питательных веществ в жидкую фракцию. Промывка может осуществляться с использованием одной или более жидких фракций, которые получают на последующих стадиях способа по изобретению.
В дополнение к промывке или в качестве альтернативы, на стадии разделения могут быть добавлены добавки для улучшения разделения твердого вещества, минералов и/или питательных веществ.
Перед стадией разделения навозный шлам может быть перемешан с получением перемешанного навозного шлама. Перемешивание навозного шлама обеспечивает более стабильные рабочие условия во время способа. Подходит любое перемешивающее устройство, которое образует достаточно однородную массу навозного шлама, которая далее направляется на стадию разделения.
Первую жидкую фракцию, полученную на стадии b) разделения, направляют на стадию с) центрифугирования для обезвоживания жидкой фракции. Термин «центрифугирование», необязательно использующийся на стадии b) разделения для получения первой сухой фракции и первой жидкой фракции, а также использующийся на стадии с) для обезвоживания первой жидкой фракции, означает здесь процесс с использованием устройства, т.е., например, центрифуги, в которой используется высокая скорость вращения для разделения компонентов различной плотности. В одном варианте осуществления скорость вращения барабана центрифуги находится в диапазоне 2000-5000 об/мин. В другом варианте осуществления дифференциал скорости центрифуги находится в диапазоне 0-20 об/мин. В одном варианте осуществления центрифугирование осуществляют посредством декантерной центрифуги. Химический реагент (реагенты) для обезвоживания могут быть добавлены в жидкую фракцию перед центрифугированием для увеличения обезвоживающей способности центрифуги и улучшения отделения по меньшей мере одного из твердого вещества, минералов и питательных веществ, таких как фосфор, от жидкой фракции. Подходящие обезвоживающие регенты включают, без ограничения, коагулянты на основе солей металлов, такие как сульфат железа, и катионные, анионные или неионные флоккулирующие полимеры. Вышеуказанные обезвоживающие химические реагенты также могут использоваться в различных комбинациях. В варианте осуществления коагулянты на основе солей металлов добавляют в количестве 0,01-5,0 кг/кг от общего содержания твердых веществ навозного шлама. В другом варианте осуществления катионные, анионные или неионные флоккулирующие полимеры добавляют в количестве 0,01-5,0 кг/кг общего содержания твердых веществ навозного шлама, необязательно включающих коагулянты на основе солей металлов. Динамические или статические смесители могут использоваться для улучшения смешивания жидкой фракции и химического реагента (реагентов).
Центрифугирование, осуществляемое на стадии с) и необязательно осуществляемое на стадии b), может включать одну или несколько последовательных стадий центрифугирования. В варианте осуществления только две последовательные стадии центрифугирования (первая стадия центрифугирования и вторая стадия центрифугирования) используются в способе по изобретению. Когда используются две стадии центрифугирования, жидкая фракция первой стадии центрифугирования направляется на вторую стадию центрифугирования. В варианте осуществления первая стадия центрифугирования осуществляется на стадии b), и вторая стадия центрифугирования осуществляется на стадии с). Обе последовательные стадии центрифугирования могут осуществляться посредством декантерной центрифуги.
В варианте осуществления способа стадию b) разделения проводят посредством шнекового пресса, и стадию с) центрифугирования осуществляют за одну стадию центрифугирования. В другом варианте осуществления изобретения стадию b) разделения и стадию с) центрифугирования осуществляют за одну стадию центрифугирования.
Стадия с) центрифугирования жидкой фракции, полученной в результате разделения, дает от примерно 10% масс. до примерно 20% масс. сухой фракции, т.е. второй сухой фракции, и от примерно 80% масс. до примерно 90% масс. жидкой фракции, т.е. второй жидкой фракции, в расчете на сырье, подвергаемое центрифугированию. Количество сухой фракции в результате стадии центрифугирования соответствует примерно 5-15% масс. в расчете на общее количество исходного навозного шлама.
В варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции, полученной в результате стадии с) центрифугирования, находится в диапазоне от примерно 15% масс. до примерно 25% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции находится в диапазоне от примерно 17% масс. до примерно 23% масс. В еще одном варианте осуществления концентрация сухого вещества сухой фракции составляет примерно 18% масс. Соотношение N:P:K сухой фракции находится в диапазоне 1-4:1:2-1. В варианте осуществления соотношение N:P:K сухой фракции находится в диапазоне 1-3:1:2-1. В варианте осуществления соотношение N:P:K составляет 3,1:1,5:1.
В целом свыше 75% масс., в частности свыше 90% масс., и более конкретно свыше 99% масс. фосфора, присутствующего в навозном шламе, выделяется из всех сухих фракций, т.е. из первой и второй сухой фракции, полученных в результате стадии b) и стадии c), соответственно.
Сухая фракция, полученная в результате стадии с) центрифугирования, представляет собой готовую к применению фракцию, содержащую питательные вещества, которая может быть разбросана на почву. Данная сухая фракция может быть смешана с сухой фракцией, полученной в результате предыдущей стадии разделения.
Концентрация сухого вещества жидкой фракции, полученной в результате стадии с) центрифугирования, находится в диапазоне от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс. В варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне примерно 0,1% масс. до примерно 3% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 0,1% масс. до примерно 2% масс. В еще одном варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 0,1% масс. до примерно 1% масс.
Жидкую фракцию, полученную на стадии с) центрифугирования, далее подвергают одной или более последовательным обратноосмотическим (RO) фильтрациям для удаления сухого вещества из жидкой фракции и для понижения ее значения ХПК. Когда осуществляется множество стадий RO-фильтрации, на каждой стадии фильтрации сырьем является фракция пермеата, полученная на предыдущей стадии RO-фильтрации.
Перед тем, как жидкую фракцию после центрифугирования подвергнут одной или более RO-фильтрациям, данная фракция может быть пропущена через сито с размером ячеек 10-500 мкм для удаления твердого вещества из жидкой фракции.
В установке обратного осмоса жидкость со стадии с) центрифугирования, необязательно прошедшую через сито, концентрируют, при этом воду удаляют. Обратный осмос дает ретентат, т.е. концентрат, который представляет собой фракцию, удерживаемую над мембраной, и пермеат, который представляет собой фракцию, проходящую через мембрану. Обратноосмотическая фильтрация концентрирует питательные вещества, в основном азот и калий, во фракции ретентата. Таким образом, крайне желательно в конечном итоге получить фракцию пермеата, которая по существу не содержит сухого вещества и питательных веществ и в основном представляет собой чистую воду. Удаление питательных веществ из жидкой фракции, полученной в результате центрифугирования, и получение чистой воды в виде RO-пермеата совершенствуют благодаря использованию более чем одной стадии RO-фильтрации.
На первой стадии RO-фильтрации используется фактор объемной концентрации (VCF) 5-15. На последующих стадиях RO-фильтрации используется VCF 10-80. В варианте осуществления VCF равен 50 на указанных последующих стадиях RO-фильтрации.
RO-фильтрация дает жидкий ретентат, который можно использовать, например, в качестве жидкого удобрения.
В одном варианте осуществления жидкую фракцию, полученную на стадии с) центрифугирования, направляют в качестве сырья в две последовательные стадии RO-фильтрации, при этом пермеат, полученный в результате первой RO-фильтрации, направляют на вторую RO-фильтрацию. Ретентат со второй и последующих стадий RO-фильтрации либо подают на первую стадию RO-фильтрации вместе с подачей жидкой фракции, либо смешивают с ретентатом, полученным на первой стадии RO-фильтрации. В варианте осуществления концентрация сухого вещества ретентата, полученного после первых стадий RO-фильтрации, необязательно включающего один или более ретентатов, полученных в результате последующих стадий RO-фильтрации, находится в диапазоне от примерно 1% масс. до примерно 15% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 1% масс. до примерно 10% масс. В еще одном варианте осуществления концентрация сухого вещества находится в диапазоне от примерно 2% масс. до примерно 7% масс. В другом варианте осуществления концентрация сухого вещества составляет примерно 5% масс.
В варианте осуществления соотношение N:P:K ретентата, полученного после первой стадии RO-фильтрации, необязательно включающего один или более ретентатов, полученных в результате последующих стадий RO-фильтрации, находится в диапазоне 1-2:0:1-2. В другом варианте осуществления соотношение N:P:K ретентата находится в диапазоне 1:0:1-2. В еще одном варианте осуществления соотношение N:P:K составляет 1:0:1,3.
Концентрация сухого вещества пермеата после одной или более стадий RO-фильтрации составляет ≤0,5% масс. Пермеат представляет собой, главным образом, воду. В одном варианте осуществления ХПК (химическая потребность в кислороде) этого пермеата составляет ≤500 мг O2/л. В другом варианте осуществления ХПК составляет ≤150 мг O2/л. В еще одном варианте осуществления ХПК составляет 15 мг O2/л. В настоящем изобретении химическую потребность в кислороде измеряли в соответствии с ISO 15705:2002.
Соотношение N:P:K пермеата, полученного в результате одной или более стадий RO-фильтрации, составляет 1-2:0:1. В варианте осуществления соотношение N:P:K составляет 1,3:0:1. Исходное сырье для стадии RO, т.е. жидкая фракция после центрифугирования, разделяется на одной или более стадий RO-фильтрации, в результате чего образуется примерно 10% масс. ретентата и примерно 90% масс. пермеата.
Циркуляция различных фракций, полученных в способе по изобретению, показана на фиг.2. Пунктирные линии указывают необязательные варианты осуществления изобретения. Например, сухие фракции в результате разделения и центрифугирования могут быть смешаны и разбросаны на почву как сухой навоз в виде сухого удобрения, или могут быть сброжены анаэробно или аэробно. При анаэробном сбраживании образуется биогаз, который может использоваться для выработки электроэнергии и тепла для способа по изобретению, что снижает эксплуатационные расходы. Сухая фракция, полученная при анаэробном сбраживании, может быть разбросана как сухой навоз.
Способ изобретения, описанный выше, включающий одну или более последовательных стадий RO-фильтрации, снижает общее количество богатой питательными веществами фракции до примерно 30% масс. от исходного количества, при этом до примерно 70% масс. перерабатывается в чистую воду. Например, при переработке 10000 кг навозного шлама образуется 3100 кг сухого навоза (31% масс.) в результате стадий разделения и центрифугирования вместе, 700 кг жидкого удобрения (7% масс.), полученного в виде ретентата в результате обратного осмоса, и 6200 кг чистой воды (62% масс.), полученной в виде пермеата после двух стадий обратного осмоса. Этот результат, однако, показателен и может изменяться в зависимости от состава навозного шлама и рассматриваемых композиций различных фракций, полученных в способе. Кроме того, применение описанных выше обезвоживающих химических реагентов оказывает влияние на общий результат, получаемый в данном способе.
Типичные массовые проценты различных фракций, полученных из навозного шлама способом по изобретению, приводятся в таблице 1 ниже. Соотношение различных фракций и концентрации сухого вещества в них изменяются в зависимости от состава навозного шлама. «1-ая сухая фракция» означает сухую фракцию, полученную на стадии разделения. «2-ая сухая фракция» означает сухую фракцию, полученную на стадии центрифугирования. «RO-пермеат» означает фракцию пермеата, полученную на одной или более последовательных стадиях обратноосмотической фильтрации. «RO-ретентат» означает фракцию ретентата, полученную в результате первой стадии обратноосмотической фильтрации. Комбинация первого RO-ретентата с одним или несколькими дополнительными RO-ретентатами, полученными на последующих стадиях RO-фильтрации, существенно не меняет числовые значения, приведенные для «RO-ретентата».
Таблица 1
| Навозный шлам | 1-ая сухая фракция | 2-ая сухая фракция | RO-ретентат | RO-пермеат | |
| Доля (% масс.) | 100 | 15-35 | 5-15 | 5-15 | 50-75 |
| Сухое вещество (% масс.) | 1-15 | 15-35 | 15-25 | 1-15 | <0,5 |
| ХПК (мг O2/л) |
>15000 | - | - | - | ≤15 |
| соотношение N:P:K | 3-10:1:3-10 | 2-4:1:1-2 | 1-3:1-2:1 | 1:0:1-2 | 1-2:0:1 |
В таблице 1 показано, что фосфор в значительной степени извлекается в сухих фракциях, особенно во второй сухой фракции. Азот и калий довольно равномерно распределены между жидкими и сухими фракциями. Азот и калий далее концентрируются из жидкой фракции посредством обратного осмоса в RO-ретентат.
Способ по изобретению может представлять собой непрерывный процесс или периодический процесс.
Фракции, полученные в способе по изобретению, сами по себе могут использоваться в качестве питательных композиций. Фракции также могут быть объединены произвольным образом для получения композиций, имеющих желательный состав питательных веществ. Например, сухие фракции в результате разделения и центрифугирования могут быть использованы в качестве питательной композиции, в качестве почвоулучшителя или в качестве источника энергии, или для компостирования. Фракция пермеата, полученная в результате обратноосмотической фильтрации (фильтраций), по существу не содержит сухого вещества и является в основном чистой водой с очень низким ХПК и содержанием питательных веществ. Фракция (фракции) пермеата может быть отведена в природную среду или может использоваться в качестве поливной или промывочной воды, или в качестве питьевой воды для животных. Пермеат также может быть дополнительно очищен на установке водоочистки, если это необходимо. Концентрат (концентраты), полученные в результате обратноосмотической фильтрации (фильтраций), могут использоваться в качестве жидкого удобрения или подвергаться дальнейшей обработке, например, выпариванием или отгонкой аммиака.
Другой задачей изобретения является предложить устройство для переработки навозного шлама, включающее в себя:
- сепараторную установку для разделения навозного шлама на сухую фракцию и первую жидкую фракцию,
- одну или более центрифуги для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции с получением второй жидкой фракции,
- одну или более установок обратного осмоса для концентрирования второй жидкой фракции.
Устройство по изобретения подходит для осуществления способа по изобретению.
В варианте осуществления устройство содержит средство для осуществления описанного выше способа.
Вариант осуществления устройства по изобретению проиллюстрирован на фиг.3 и включает в себя одну установку обратного осмоса и необязательную вторую установку обратного осмоса. Пунктирные линии указывают необязательные варианты осуществления изобретения. В варианте осуществления устройство включает в себя две установки обратного осмоса.
В варианте осуществления сепараторную установку выбирают по меньшей мере из одного из следующего: фильтра, такого как барабанный фильтр или дисковый фильтр, центрифуги, сита и шнекового пресса. Сепараторная установка может включать одно или несколько из указанных выше устройств. В варианте осуществления сепараторная установка представляет собой декантерную центрифугу.
В варианте осуществления устройство содержит только одну центрифугу для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции. В варианте осуществления одна центрифуга представляет собой декантерную центрифугу.
В варианте осуществления устройство содержит только шнековый пресс в качестве сепараторной установки и только одну центрифугу для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции. В другом варианте осуществления устройство содержит только центрифугу в качестве сепараторной установки и только одну центрифугу для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции.
В варианте осуществления устройство содержит перемешивающую установку, расположенную выше по потоку от сепараторной установки, для получения довольно однородного навозного шлама.
В варианте осуществления устройство содержит сито с размером ячеек 10-500 мкм для удаления твердого вещества из второй жидкой фракции перед концентрированием второй жидкой фракции.
Устройство может быть расположено на передвижном основании, таком как прицеп, или может быть выполнено в виде стационарного устройства. Пропускная способность передвижного устройства может составлять, например, 100 м3/ч. Преимущество передвижного устройства заключается в том, что устройство можно транспортировать между фермерскими хозяйствами, благодаря чему уменьшается потребность в стационарных устройствах для переработкиое устройство может использоваться без внешнего источника электроэнергии и воды. Таким образом, передвижное устройтсво обеспечивает экономически выгодную и экологичную альтернативу.
Пропускная способность стационарного устройства может варьироваться от нескольких единиц до тысяч кубических метров в час. Навозный шлам может транспортироваться на стационарное устройство посредством цистерн или напорной канализацией.
Следующие примеры представлены для дальнейшей иллюстрации изобретения, без ограничения изобретения ими.
Пример 1
1000 м3 хорошо перемешанного жидкого коровьего навозного шлама, имеющего концентрацию сухого вещества (DM) 8% масс., обрабатывали шнековым прессом (EYS SP600, Размер ячейки: 0,5 мм) с получением двух фракций: 250 метрических тонн сухой фракции («1-ая сухая фракция»; DM 23% масс.) и 750 м3 жидкой фракции (DM 3% масс.).
Жидкую фракцию перекачивали в декантерную центрифугу (Andritz Separation, модель D5L, скорость вращения барабана: 3200 об/мин, дифференциал скорости: 3,9 об/мин, крутящий момент: 55% масс., глубина сливного стакана: 272 мм), которая дополнительно удаляла суспендированные твердые вещества. Переработка посредством декантерной центрифуги давала две фракции: 760 м3 жидкой фракции и 85 метрических тонн сухой фракции («2-ая сухая фракция»). После центрифугирования концентрация сухого вещества жидкой фракции и сухой фракции составляли <1% масс. и 18% масс., соответственно.
После центрифугирования жидкую фракцию прокачивали через металлическое сито с размером ячеек 80 мкм для удаления самых крупных частиц.
После прокачивания через сито полученную жидкость перекачивали на установку обратного осмоса (RO) (мембраны DOW Filmtec SW30). В установке RO использовали фактор объемной концентрации 10, что давало 76 м3 ретентата («жидкий концентрат») и 684 м3 пермеата. Концентрации DM этих фракций были 10% масс. и <0,1% масс., соответственно.
Для дальнейшей очистки RO-пермеата его повторно фильтровали на установке RO (мембраны DOW Filmtec SW30) с фактором объемной концентрации 50, что опять давало две фракции: 14 м3 ретентата и 670 м3 пермеата («очищенная вода»). Концентрация DM в ретентате и в пермеате составляла 5% масс. и <0,1% масс., соответственно.
Составы полученных выше фракций приведены в таблице 2. Процентные значения приведены в расчете на массу и вычисляются в расчете на общее количество поступающего материала.
Таблица 2
| Навозный шлам | 1-ая сухая фракция | 2-ая сухая фракция | Жидкий концентрат | Очищенная вода | |
| Доля (% масс.) | 100 | 22 | 9 | 7 | 62 |
| Сухое вещество (% масс.) | 8 | 23 | 18 | 10 | <0,1 |
| Общий азот (мг/кг) | 3500 | 4800 | 7400 | 14700 | 5 |
| Общий фосфор (мг/кг) | 760 | 1300 | 3500 | 20 | 0 |
| Общий калий (мг/кг) | 3300 | 2100 | 2400 | 19600 | 4 |
| соотношение N:P:K | 4,6:1:4,4 | 3,7:1:1,6 | 3,1:1,5:1 | 1:0:1,3 | 1,3:0:1 |
| ХПК мг O2/л | >20000 | - | - | - | 15 |
Пример 2
1000 м3 хорошо перемешанного жидкого коровьего навозного шлама, имеющего концентрацию сухого вещества (DM) 8% масс., обрабатывали на декантерной центрифуге (Andritz Separation, модель D5L, скорость вращения барабана: 3200 об/мин, дифференциал скорости: 10 об/мин, крутящий момент: 70% масс., глубина сливного стакана: 272 мм), что давало две фракции: 225 метрических тонн сухой фракции («1-ая сухая фракция»; DM 25% масс.) и 775 м3 жидкой фракции (DM 3% масс.).
Жидкую фракцию перекачивали в декантерную центрифугу (Andritz Separation, модель D5L, скорость вращения барабана: 3200 об/мин, дифференциал скорости: 3,9 об/мин, крутящий момент: 55% масс., глубина сливного стакана: 272 мм), которая дополнительно удаляла суспендированные твердые вещества. Переработка посредством декантерной центрифуги давала сухую фракцию и жидкую фракцию: 695 м3 жидкой фракции и 80 метрических тонн сухой фракции («2-ая сухая фракция»). После центрифугирования концентрация сухого вещества жидкой фракции и сухой фракции составляли <0,5% масс. и 25% масс., соответственно.
Жидкость после центрифугирования перекачивали на установку обратного осмоса (RO) (мембраны DOW Filmtec SW30). В установке RO использовали фактор объемной концентрации 10, что давало 70 м3 ретентата («жидкий концентрат») и 625 м3 пермеата. Концентрации DM этих фракций были 10% масс. и <0,1% масс., соответственно.
Для дальнейшей очистки RO-пермеата его повторно фильтровали на установке RO (мембраны DOW Filmtec SW30) с фактором объемной концентрации 50, что опять давало две фракции: 12 м3 ретентата и 613 м3 пермеата («очищенная вода»). Концентрация DM в ретентате и в пермеате составляла 5% масс. и <0,1% масс., соответственно.
Составы полученных выше фракций приведены в таблице 3. Процентные значения приведены в расчете на массу и вычисляются в расчете на общее количество поступающего материала.
Таблица 3
| Навозный шлам | 1-ая сухая фракция | 2-ая сухая фракция | Жидкий концентрат | Очищенная вода | |
| Доля (% масс.) | 100 | 23 | 8 | 7 | 62 |
| Сухое вещество (% масс.) | 8 | 25 | 25 | 10 | <0,1 |
| Общий азот (мг/кг) | 3500 | 4800 | 7400 | 14700 | 5 |
| Общий фосфор (мг/кг) | 760 | 1300 | 3500 | 20 | 0 |
| Общий калий (мг/кг) | 3300 | 2100 | 2400 | 19600 | 4 |
| соотношение N:P:K | 4,6:1:4,4 | 3,7:1:1,6 | 3,1:1,5:1 | 1:0:1,3 | 1,3:0:1 |
| ХПК мг O2/л | >20000 | - | - | - | 15 |
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что по мере развития технологии идея изобретения может быть реализована различными способами. Изобретение и его варианты осуществления не ограничиваются описанными выше примерами, но могут варьировать в диапазоне объема формулы изобретения.
1. Способ переработки навозного шлама, включающий стадии:
a) обеспечения навозного шлама,
b) подвергания навозного шлама разделению с получением первой сухой фракции и первой жидкой фракции,
c) подвергания первой жидкой фракции стадии центрифугирования с получением второй сухой фракции и второй жидкой фракции,
d) подвергания второй жидкой фракции одной или более последовательным стадиям фильтрации обратным осмосом (RO) с получением одного или более RO-ретентатов и одного или более RO-пермеатов, причем сырьем для каждой последующей стадии RO-фильтрации является RO-пермеат, полученный на предыдущей стадии RO-фильтрации.
2. Способ по п. 1, в котором разделение b) осуществляют посредством шнекового пресса или центрифугированием, например, посредством декантерной центрифуги.
3. Способ по п. 1, в котором стадию с) центрифугирования осуществляют посредством декантерной центрифуги.
4. Способ по п. 2 или 3, в котором скорость вращения барабана центрифуги находится в диапазоне 2000-5000 об/мин.
5. Способ по п. 2 или 3, в котором дифференциал скорости декантерной центрифуги находится в диапазоне 0-20 об/мин.
6. Способ по п. 2 или 3, в котором стадия с) центрифугирования включает одну или более последовательных стадий центрифугирования, в частности одну стадию центрифугирования.
7. Способ по п. 2 или 3, в котором разделение b) осуществляют посредством шнекового пресса, и стадия с) центрифугирования осуществляется за одну стадию центрифугирования.
8. Способ по п. 2 или 3, в котором стадию b) разделения и стадию с) центрифугирования осуществляют за одну стадию центрифугирования.
9. Способ по п. 1, включающий в себя стадию перемешивания навозного шлама перед стадией разделения.
10. Способ по п. 1, в котором концентрация сухого вещества первой сухой фракции находится в диапазоне от примерно 15 мас.% до примерно 35 мас.%, в частности от примерно 15 мас.% до примерно 30 мас.%, более конкретно от примерно 18 мас.% до примерно 25 мас.%, еще более конкретно примерно 20 мас.%.
11. Способ по п. 1, в котором концентрация сухого вещества второй сухой фракции находится в диапазоне от примерно 15 мас.% до примерно 25 мас.%, в частности от примерно 17 мас.% до примерно 23 мас.%, более конкретно примерно 18 мас.%.
12. Способ по п. 1, в котором применяют две последовательных стадии RO-фильтрации, при этом вторую жидкую фракция направляют на первую стадию RO-фильтрации с получением первого RO-ретентата и первого RO-пермеата, и первый RO-пермеат направляют на вторую стадию RO-фильтрации с получением второго RO-ретентата и второго RO-пермеата.
13. Способ по п. 1, в котором концентрация сухого вещества ретентата, полученного в результате первой стадии RO-фильтрации, находится в диапазоне от примерно 1 мас.% до примерно 15 мас.%, в частности от примерно 1 мас.% до примерно 10 мас.%, более конкретно от примерно 2 мас.% до примерно 7 мас.%, еще более конкретно примерно 5 мас.%.
14. Способ по п. 1, в котором концентрация сухого вещества пермеата, полученного после одной или более стадий RO-фильтрации, составляет ≤0,5 мас.%, в частности <0,1 мас.%.
15. Способ по п. 1, в котором ХПК пермеата, полученного после одной или более стадий RO-фильтрации, составляет ≤500 мг О2/л, в частности ≤150 мг O2/л, более конкретно ≤15 мг О2/л.
16. Способ по п. 1, в котором соотношение N:P:K пермеата, полученного после одной или более стадий RO-фильтрации, составляет 1-2:0:1.
17. Устройство для переработки навозного шлама, предназначенное для реализации способа по п.1 и содержащее:
- сепараторную установку для разделения навозного шлама на сухую фракцию и первую жидкую фракцию,
- одну или более центрифуги для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции с получением второй жидкой фракции,
- одну или более установок обратного осмоса для концентрирования второй жидкой фракции.
18. Устройство по п. 17, в котором сепараторная установка выбрана из по меньшей мере одного из следующего: фильтра, такого как барабанный фильтр или дисковый фильтр, центрифуги, сита и шнекового пресса, в частности, декантерной центрифуги.
19. Устройство по п. 17, содержащее только одну центрифугу для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции, и сепараторная установка представляет собой шнековый пресс.
20. Устройство по п. 17, содержащее только одну центрифугу для удаления твердого вещества из первой жидкой фракции, и сепараторная установка представляет собой центрифугу.
21. Устройство по п. 17, содержащее перемешивающую установку, расположенную выше по потоку от сепараторной установки, для получения довольно однородного навозного шлама.
22. Устройство по п. 17, в котором присутствуют две установки обратного осмоса.
23. Устройство по п. 17, выполненное с возможностью расположения на передвижном основании, таком как прицеп.
