PL223824B1

PL223824B1 - Sposób obróbki gnojowicy

Info

Publication number: PL223824B1
Application number: PL400044A
Authority: PL
Inventors: Zygmunt Kowalski; Agnieszka Makara; Józef Hoffmann; Krystyna Hoffmann
Original assignee: Politechnika Krakowska Im Tadeusza Kościuszki
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2016-11-30
Also published as: PL400044A1

Abstract

Sposób obróbki zawiesiny gnojowicy świńskiej poprzez rozdział na fazę stałą i ciekłą, przy zastosowaniu filtracji polega na tym, że do zawiesiny gnojowicy przy ciągłym mieszaniu, dodaje się kwasu fosforowego do uzyskania pH korzystnie od 5,0 do 5,5 i następnie kwasu siarkowego do uzyskania pH korzystnie od 3,0 do 3,5, po czym dodaje się roztwór mleka wapiennego do uzyskania pH od 8,0 do 8,3, a po nim z kolei stały fosforan wapnia korzystnie superfostat w proporcji wagowej od 8/100 do 12/100 w stosunku do masy wyjściowej gnojowicy, po czym zawiesinę ponownie neutralizuje się roztworem mleka wapiennego do pH od 8,0 do 8,3, a następnie ogrzewa się do wrzenia i filtruje w znany sposób na filtrze ciśnieniowym w podwyższonej temperaturze.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki zawiesiny gnojowicy świńskiej poprzez rozdział na fazę stałą i ciekłą, przy zastosowaniu filtracji.

Gnojowica powstaje w warunkach bezściółkowego chowu trzody chlewnej. Jest ona mieszaniną odchodów zwierzęcych, resztek karmy i wody stosowanej do usuwania odchodów i utrzymania higieny pomieszczeń inwentarskich. Skład gnojowicy zależy od wielu czynników, w szczególności od rodzaju i wieku zwierząt, sposobu ich żywienia i utrzymania oraz ilości wody zużywanej do celów higieniczno -porządkowych, jak również od sposobu i czasu przechowywania gnojowicy oraz jej rozcieńczenia. Gnojowica wykazuje dużą zawartość związków azotu i fosforu, które powodują zanieczyszczenie gleb i wód, a także ze względu na obecność lotnych substancji organicznych i nieorganicznych powoduje zanieczyszczenie atmosfery związkami odorotwórczymi.

Gnojowicę należy w odpowiedni sposób zagospodarować, gdyż potencjalnie może ona stanowić zagrożenie dla środowiska naturalnego. W celu ograniczenia emisji odorów i zmniejszenia kosztów magazynowania czy transportu gnojowicy, jak również właściwego przygotowania jej do dalszej obróbki konieczne jest rozdzielenie gnojowicy na frakcję stałą i frakcję ciekłą. Produkt filtracji w postaci ciekłej w zależności od parametrów jakościowych może być poddany dalszemu oczyszczaniu lub be zpośrednio zastosowany do nawadniania pól. Frakcja stała może być użyta jako nawóz organiczny lub może być stosowana do produkcji energii w spalarniach i biogazowniach rolniczych.

Metody przerobu gnojowicy można podzielić na metody stosujące rozdział faz oraz przetwarzające całą masę gnojowicy. Z opisu patentowego nr US6692642 znany jest sposób obróbki gnojowicy świńskiej polegający na zastosowaniu wirowania na wirówkach dekantacyjnych, flokulacji, napowietrzaniu, ogrzewaniu, zakwaszaniu w reaktorze fluidalnym oraz odzysku z gnojowicy związków fosforu, azotu i związków organicznych przez zastosowanie mikrofiltracji.

Z opisu patentowego nr PL206903 znany jest sposób przetwarzania gnojowicy na nawóz stały polegający na mieszaniu w odpowiedniej proporcji z gnojowicą komponentu organicznego (torfu, kompostu, węgla brunatnego) i prażonego dolomitu, a następnie dłuższym leżakowaniu takiej masy.

Wybór odpowiedniej technologii rozdziału gnojowicy na frakcje oraz odpowiedniego sprzętu o dbywa się w oparciu o właściwości fizyczne i skład chemiczny gnojowicy oraz potencjalne wykorzystanie produktów separacji. Duże znaczenie dla wyboru właściwej metody frakcjonowania ma także stężenie składników organicznych i nieorganicznych występujących w gnojowicy, jej rozcieńczenie, pH, zawartość suchej masy oraz wielkość cząstek substancji stałych. Rozrzut wielkości cząstek oraz skład chemiczny gnojowicy zależą od różnych czynników, np.: diety zwierząt, ilości stosowanej słomy, czy też rozkładu beztlenowego występującego podczas przechowywania odchodów w kanałach lub zbiornikach. W trakcie magazynowania gnojowicy następują mikrobiologiczne przemiany związków organicznych do CH₄ i CO₂, które powodują zmianę rozkładu wielkości cząstek (przy czym zawartość drobnych cząstek o średnicy poniżej 1,6 μm zmniejsza się bardziej niż zawartość dużych cząstek) oraz spadek materii organicznej w gnojowicy. W ciągu pięciomiesięcznego przechowywania gnojowicy w temperaturze 20°C całkowita zawartość suchej masy może zmniejszyć się nawet o 25%. Przechowywanie gnojowicy w niższych temperaturach znacząco obniża szybkość beztlenowej przemiany materii, a tym samym zmniejszanie się zawartości suchej masy (w temperaturze do 10°C redukcja zawartości suchej masy jest 10 razy niższa niż redukcja w 20°C).

Usunięcie cząstek stałych z fazy ciekłej gnojowicy można zrealizować np.: na drodze sedymentacji, mechanicznego przesiewania, odwirowania, odwodnienia (filtracja cieczy przez warstwę osadu za pomocą pras filtracyjnych, filtracyjno-taśmowych, śrubowych, filtrów próżniowych), odparowania, flotacji z dodatkiem koagulantów i flokulantów, filtracji membranowej (mikrofiltracja, ultrafiltracja, nan ofiltracja, odwrócona osmoza).

Proces filtracji ciśnieniowej stosuje się przede wszystkim do rozdziału na frakcję stałą i ciekłą zawiesin drobnoziarnistych, trudno odwadniających się, o charakterze mineralnym i organicznym oraz o zmiennym przepływie masowym. Podstawowymi urządzeniami stosowanymi w procesie ciśnieniowej filtracji gnojowicy są prasy filtracyjne (komorowa, śrubowa, taśmowa) oraz filtry ciśnieniowe.

Nieoczekiwanie okazało się, że jest możliwe opracowanie nowego sposobu mineralizacji i rozdziału zawiesiny gnojowicy na frakcję stałą i ciekłą przy uzyskaniu wysokiej wydajności procesu filtr acji. Stało się to możliwe dzięki dobraniu odpowiednich parametrów procesu mineralizacji i rozdziału faz gnojowicy świńskiej. Dzięki temu obniżono ładunek CHZT w fazie ciekłej o co najmniej 80%, przy w ydajności filtracji minimum 0,5 m /h/m powierzchni filtracyjnej.

PL 223 824 B1

Sposób obróbki zawiesiny gnojowicy świńskiej poprzez rozdział na fazę stałą i ciekłą, przy zastosowaniu filtracji według wynalazku charakteryzuje się tym, że do zawiesiny gnojowicy przy ciągłym mieszaniu, dodaje się kwasu fosforowego do uzyskania pH korzystnie od 5,0 do 5,5 i następnie kwasu siarkowego do uzyskania pH, korzystnie od 3,0 do 3,5, po czym dodaje się roztwór mleka wapiennego do uzyskania pH od 8,0 do 8,3, a po nim z kolei stały fosforan wapnia korzystnie superfostat w proporcji wagowej od 8/100 do 12/100 w stosunku do masy wyjściowej gnojowicy, po czym zawiesinę ponownie neutralizuje się roztworem mleka wapiennego do pH od 8,0 do 8,3, a następnie ogrzewa się do wrzenia i filtruje w znany sposób na filtrze ciśnieniowym w podwyższonej temperaturze.

Korzystnie stężenie kwasu fosforowego wynosi od 74 do 76%, a stężenie kwasu siarkowego wynosi od 94 do 96%.

Korzystnie stężenie CaO w roztworze mleka wapiennego wynosi od 8 do 12%.

Korzystnie zawiesinę ogrzewa się do wrzenia i utrzymuje w tej temperaturze w czasie od 1 min. do 50 min.

Korzystnie zawiesinę filtruje się w temperaturze od 65 do 80°C.

Sposób według wynalazku może być stosowany dla każdego rodzaju gnojowicy świńskiej, jednak najlepsze efekty uzyskuje się w przypadku gnojowicy zawierającej od 15 do 100 g/l ChZT i od 1 do 12% suchej masy. W wyniku filtracji otrzymywano filtrat koloru jasno słomkowego oraz osad. W filtracie oznaczano wartość pH oraz wykonywano analizy na zawartość CHZT.

Celem dodatku kwasów mineralnych było przekształcenie makro- i mikro-składników nawozowych w postać biodostępną dla roślin, związanie lotnych związków nieorganicznych i organicznych zawierających azot (zmniejszenie strat azotu podczas przechowywania i stosowania), hydroliza i m ineralizacja materii organicznej. Wprowadzenie kwasów zwiększa ponadto bezpieczeństwo sanitarnoepidemiologiczne poprzez zniszczenie bakterii chorobotwórczych i jaj pasożytów (higienizacja). W trakcie procesu obrabiana zawiesina gnojowicy była w dwóch etapach zobojętniana mlekiem wapiennym.

Niespodziewanie okazało się, że efektem prowadzonych operacji było także otrzymanie w zawiesinie znacznej ilości krystalicznych związków nieorganicznych, których obecność przyczyni się do poprawy struktury filtrowanego osadu i tym samym zwiększenia wydajności filtracji przetworzonej zawiesiny gnojowicy. Istota rozwiązania jest wprowadzenie do organicznej fazy gnojowicy świńskiej 40-60% fazy krystalicznej, co umożliwia uzyskanie wysokiej wydajności filtracji na filtrach ciśnieniowych, powyżej 1000 l/m /h i dobrej jakości filtratu. Pomimo dużych wahań zawartości ChZT (10-80g/l) oraz fazy stałej (10-20 g/l) opracowana metoda umożliwia obniżenie zawartości ChZT o około 90% i substancji stałych w filtracie o > 99%. Sposób według wynalazku jest prosty i efektywny.

Oczyszczony filtrat może być przeznaczony do deszczowania pól. W razie potrzeby może być również kierowany do klasycznych biologicznych oczyszczalniach ścieków.

Osad pofiltracyjny może być przetworzony na nawóz mineralno-organiczny zawierający związki azotu, fosforu, potasu i wapnia, a także siarki oraz mikroelementy o uniwersalnym charakterze.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

P r z y k ł a d 1

Do 150 g zawiesiny gnojowicy świńskiej zawierającej 53 g/l ChZT i 4,1% suchej masy dodawano przy ciągłym mieszaniu 4,5 g 75% kwasu fosforowego do uzyskania pH 5,5 i następnie 0,8 g 95% kwasu siarkowego do uzyskania pH 3,0. Po dodatku kwasów do zawiesiny dodawano 10% roztwór mleka wapiennego do uzyskania pH 8,5, a następnie 15 g superfosfatu, po czym całość zobojętniano po raz drugi mlekiem wapiennym do pH 8,3. Łącznie zużyto 34,5 g 10% roztworu mleka wapiennego. Tak otrzymaną zawiesinę ogrzewano w czasie 50 minut, po czym po ostudzeniu do temp ok. 75°C filtrowano na laboratoryjnym filtrze ciśnieniowym z wydajnością 3043 l/h/m powierzchni filtracyjnej. W wyniku filtracji otrzymywano 114 g filtratu koloru jasno słomkowego, w którym zawartość suchej masy wyniosła 0,1% z obniżoną o 86,9% zawartością (i odpowiednio o 90,1% ładunkiem) ChZT w stosunku do zawartości w wyjściowej gnojowicy, oraz 42 g osadu o wilgotności 48% zawierającego 46% fazy krystalicznej (w suchej masie osadu) składającej się z CaSO₄-2H₂O, CaSO₄-0,5H₂O, CaPO₃(OH)-2H₂O, Ca₅(PO₄)₃(OH), CaH₂P₂O₇, co wykazały badania rentgenograficzne.

P r z y k ł a d 2

Do 253 g zawiesiny gnojowicy świńskiej zawierającej 20 g/l ChZT i 2,1% suchej masy dodawano przy ciągłym mieszaniu 7,3 g 75% kwasu fosforowego do uzyskania pH 5,4 i następnie 2,2 g 95% kwasu siarkowego do uzyskania pH 3,0. Po dodatku kwasów do zawiesiny dodawano 10% roztwór mleka wapiennego do uzyskania pH 8,5, a następnie 25 g superfosfatu, po czym całość zobojętniano

PL 223 824 B1 po raz drugi mlekiem wapiennym do pH 8,3. Łącznie zużyto 60,6 g 10% roztworu mleka wapiennego. Tak otrzymaną zawiesinę ogrzewano w czasie 30 minut, po czym po ostudzeniu do temp ok. 75°C filtrowano na laboratoryjnym filtrze ciśnieniowym z wydajnością 2060 l/h/m powierzchni filtracyjnej. W wyniku filtracji otrzymywano 239 g filtratu kolom jasno słomkowego, w którym zawartość suchej masy wyniosła 0,12% z obniżoną o 88,8% zawartością (i odpowiednio o 89,4% ładunkiem) ChZT w stosunku do zawartości w wyjściowej gnojowicy, oraz 76 g osadu o wilgotności 51% zawierającego 49% fazy krystalicznej (w suchej masie osadu) składającej się z CaSO₄-2H₂O, CaPO₃(OH)-2H₂O, CaHPO₄,Ca₅(PO₄)₃(OH), co wykazały badania rentgenograficzne.

P r z y k ł a d 3

Do 231 g zawiesiny gnojowicy świńskiej zawierającej 37 g/l ChZT i 1,7% suchej masy dodawano przy ciągłym mieszaniu 5,8 g 75% kwasu fosforowego do uzyskania pH 5,5 i następnie 1,7 g 95% kwasu siarkowego do uzyskania pH 3,0. Po dodatku kwasów do zawiesiny dodawano 10% roztwór mleka wapiennego do uzyskania pH 8,5, a następnie 23 g superfosfatu, po czym całość zobojętniano po raz drugi mlekiem wapiennym do pH 8,3. Łącznie zużyto 41,6 g 10% roztworu mleka wapiennego.

Tak otrzymaną zawiesinę ogrzewano w czasie 38 minut, po czym po ostudzeniu do temp ok. 75°C ₂ filtrowano na laboratoryjnym filtrze ciśnieniowym z wydajnością 2015 l/h/m powierzchni filtracyjnej. W wyniku filtracji otrzymywano 192 g filtratu koloru jasno słomkowego, w którym zawartość suchej masy wyniosła 0,14% z obniżoną o 89,4% zawartością (i odpowiednio o 91,2% ładunkiem) ChZT w stosunku do zawartości w wyjściowej gnojowicy, oraz 52 g osadu o wilgotności 53% zawierającego 49% fazy krystalicznej (w suchej masie osadu) składającej się z CaSO₄-2H₂O, CaPO₃(OH)-2H₂O, CaHPO4,Ca5(PO4)3(OH), co wykazały badania rentgenograficzne.

Claims

1. Sposób obróbki zawiesiny gnojowicy świńskiej poprzez rozdział na fazę stałą i ciekłą, przy zastosowaniu filtracji, znamienny tym, że do zawiesiny gnojowicy przy ciągłym mieszaniu, dodaje się kwasu fosforowego do uzyskania pH korzystnie od 5,0 do 5,5 i następnie kwasu siarkowego do uzyskania pH, korzystnie od 3,0 do 3,5, po czym dodaje się roztwór mleka wapiennego do uzyskania pH od 8,0 do 8,3, a po nim z kolei stały fosforan wapnia korzystnie superfostat w proporcji wagowej od 8/100 do 12/100 w stosunku do masy wyjściowej gnojowicy, po czym zawiesinę ponownie neutralizuje się roztworem mleka wapiennego do pH od 8,0 do 8,3, a następnie ogrzewa się do wrzenia i filtruje w znany sposób na filtrze ciśnieniowym w podwyższonej temperaturze.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie kwasu fosforowego wynosi od 74 do 76%, a stężenie kwasu siarkowego wynosi od 94 do 96%.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stężenie CaO w roztworze mleka wapiennego wynosi od 8 do 12%.

4. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że zawiesinę ogrzewa się do wrzenia i utrzymuje w tej temperaturze w czasie od 1 min. do 50 min.

5. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że zawiesinę filtruje się w temperaturze od 65 do 80°C.