Результат интеллектуальной деятельности: Способ устранения запаха вентиляционных выбросов из производственных помещений для содержания свиней

Изобретение относится к сельскому хозяйству и экологии и может быть использовано в промышленном животноводстве, преимущественно в свиноводстве для снижения эмиссии запахообразующих веществ (аммиака, сероводорода, метилмеркаптана, летучих органических кислот) из производственных помещений для содержания животных и производства органо-минеральных удобрений на основе свиного навоза, отходной серной кислоты и фосфоритной муки.

Из существующего уровня техники известны способы очистки воздуха животноводческих предприятий с помощью распыляемых растворов реагентов, в том числе серной кислоты, используемые в воздухоочистителях TriStar немецкой компании «Reventa», а также в системах, очистки воздуха в вытяжных шахтах, разрабатываемых датскими фирмами «Skov», «Turbovent Environment А/S», немецкими «HAKA» (очиститель (тип ESCH)) и «Big Dutchman)) (очиститель HelixX). Указанные способы позволяют уменьшить эмиссию запахов и пыли на 80% [Кузьмина Т.Н. Современное оборудование для очистки воздуха // Вестник ВНИИМЖ. - 2015. - №2 (18). - С. 158-161]. Недостатком данных технических решений является ограниченный спектр удаляемых из воздуха запахообразующих веществ (преимущественно аммиака), необходимость регенерации и утилизации реагентов, высокая стоимость воздухоочистителей. Кроме того, указанные способы не рассчитаны на снижение эмиссии запахообразующих веществ из навозных ванн и не предусматривают использование промышленных отходов в качестве реагентов для очистки воздуха.

Известен способ применения серной кислоты для обеззараживания навоза сельскохозяйственных животных (в том числе навоза свиней) и помета птиц [Болоцкий И.Л. Семенцов В.И. Пруцаков С.В. и др. Анализ методов обеззараживания животноводческих стоков и помета с ферм // Вестник Кубани. - 2008. - №3. - С. 15-21], а также способ обработки отходов животноводства, преимущественно птичьего помета, минеральными кислотами (серной или фосфорной) до рН 5,0÷6,5 с целью дальнейшего производства на основе соответствующих отходов органоминеральных удобрений [Синявский И.В., Казанцев А.В. Переработка птичьего помета // Патент RU 2357944 С1. МПК C05F 3/00. Заявка №2007142267/12, 15.11.2007, Опубликовано: 10.06.2009 в Бюл. №16]. Обработка птичьего помета серной кислотой обеспечивает снижение негативных воздействий соответствующего отхода на окружающую среду, уменьшение времени переработки птичьего помета, возможность переработки большого объема пометной массы, снижение стоимости конечного продукта. Соответствующие способы доказывают возможность и эффективность применения серной кислоты для обработки навоза с целью снижения его негативного влияния на окружающую среду. Недостатком данных технических решений является, то, что они не предусматривают способ использования растворов серной кислоты для снижения эмиссии запахообразующих веществ непосредственно из навозных ванн, а сама переработка подкисленного навоза в физиологически нейтральные удобрения до конца непроработана.

Известен способ очистки воздушной среды сельскохозяйственных помещений для содержания животных за счет обработки воздуха озоном, который эффективно уничтожает микрофлору, а также многие вредные вещества, в том числе аммиак, сероводород и др. [Маркелова Е.К., Петрова Л.Н., Уханова В.Ю., Тихомиров А.В., Тихомиров Д.А., Першин А.Ф. Способ и устройство очистки воздушной среды животноводческих и птицеводческих помещений // Патент RU 2473213 С2. МПК А01К 1/03. Заявка №2011109389/13, 14.03.2011. Опубликовано: 27.01.2013 в Бюл. №3].

К достоинствам данного способа можно отнести минимальное количество образующихся отходов. Недостатком данного технического решения является высокая энергоемкость процесса очистки воздушной среды и высокая токсичность озона (1 класс опасности). Ежедневно из каждого свинарника на 2 тыс.голов за счет вентиляции удаляются миллионы кубометров воздуха. Обработка таких объемов воздуха озоном приведет к серьезному загрязнению окружающей среды, как самим озоном, так и продуктами его взаимодействия с органическими веществами, удаляемыми из помещений для содержания животных.

Известен способ очистки воздуха от вредных веществ, а именно аммиака, формалина, крезола на животноводческих фермах за счет пропускания воздуха через биологически активный адсорбент, содержащий среду для накопления микроорганизмов. В качестве биологически активного адсорбента используют увлажненную до 60÷70% смесь отработанного субстрата на основе древесных опилок или соломы для выращивания пищевых грибов с добавлением зерновых отрубей и мякины, а также многопористого минерального материала, например, цеолита, непосредственно поглощающего вредные вещества. В качестве среды для накопления микроорганизмов используют компостною закваску, приготовленную путем культивирования на пивной дробине консорциума микроорганизмов, выделенных из хорошо гумифицированных перегнойных слоев лесной почвы [Тен Хак Мун, Воронов Б.А., Куренщиков Д.К. Способ очистки воздуха от вредных веществ // Патент RU 2407781 С1. МПК С12М 1/00. Заявка №2009111966/10, 31.03.2009. Опубликовано: 27.12.2010 в Бюл. №36]. Недостатком данного технического решения являются высокие капитальные затраты на внедрение метода в практику, большой расход реагентов, относительно низкая производительность, высокие расходы сорбирующих материалов и необходимость их утилизации, необходимость создания оптимальных плюсовых (выше плюс 15°С) температурных условий для работы микроорганизмов, длительность процесса очистки. Аналогичные недостатки присущи всем технологическим решениям, использующим принцип биологической очистки воздушных выбросов из помещений для содержания животных.

Известно устройство мокрой очистки воздуха [Трушков Ю.Ю., Шевченко А.Ф., Макаров А.М., Макарова Л.Е., Каменских А.П. Способ мокрой очистки воздуха // Патент RU №2377052 С1. МПК B01D 50/00, F24F 3/16. Заявка №2008124193/15, 16.06.2008. Опубликовано: 27.12.2009 в Бюл. №36], включающее воздуховод с продольной перегородкой, барботажную трубу, контактную емкость и сепаратор, установленный перед каналом отвода. При этом контактная емкость снабжена каналом отвода, оснащенным коллектором с форсунками. Очистка воздуха происходит за счет озона, генерируемого газоразрядным озонатором. Недостатком указанного технического решения является высокая энергоемкость и возможность попадания токсичного озона (1 класс опасности) во внешнюю среду, что при больших объемах очищаемого воздуха представляет опасность для животных и работников ферм.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ очистки воздуха животноводческих помещений от вредных примесей - сероводорода и аммиака, накапливающихся в результате жизнедеятельности животных, за счет обработки воздуха кислыми растворами солей меди, например растворами медного купороса с концентрациями от 5 до 250 г/дм³ при температуре от минус 1°С до плюс 35°С [Смолянинов Н.П. Способ очистки воздуха животноводческих помещений от вредных примесей // Патент RU №2071813 С1. МПК B01D 53/14. Заявка №914938917, 22.01.1991]. Описанный способ является по совокупности существенных признаков наиболее близким к заявляемому изобретению. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемого изобретения. Данный способ позволяет обеспечить высокую степень очистки воздуха животноводческих помещений от запахообразующих компонентов за счет обработки соответствующего воздуха раствором реагента (кислым раствором солей меди), способным связывать сероводород и аммиак в нелетучие соединения.

Недостатком данного технического решения является высокая стоимость и экологическая опасность основного реагента (соли меди), большие затраты реагента в условиях промышленных свиноводческих комплексов, необходимость утилизации или регенерации отработанных реагентов. Кроме того, данное техническое решение не позволяет снизить эмиссию запахообразующих веществ из навозных ванн.

Задачей изобретения является разработка экологически безопасного и низкозатратного способа снижения эмиссии запахообразующих веществ из навозных ванн и устранения запаха вентиляционных выбросов из помещений для содержания свиней, пригодного для практического внедрения в условиях промышленных свинокомплексов с одновременной переработкой навоза в органо-минеральное удобрение.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение концентрации запахообразующих, в том числе токсичных веществ (аммиака, меркаптанов, сероводорода, летучих органических кислот и др.) в воздухе помещений для содержания животных в среднем в 1,5÷2,5 раза, полное устранение запаха вентиляционных выбросов из соответствующих помещений, снижение токсичности навозных стоков, обеспечение возможности переработки свиного навоза в гранулированное органоминеральное удобрение, содержащее полный комплекс макро- и микроэлементов, необходимых для питания растений.

Данный технический результат достигается тем, что заявленный способ устранения запаха вентиляционных выбросов из промышленных помещений для содержания свиней включает обработку навозных стоков в навозных ваннах 30÷40% раствором серной кислоты до достижения рН 4,5÷5,0 и последовательное орошение в газоходах удаляемого из помещений воздуха сначала 2% раствором серной кислоты, затем 2÷3% раствором, содержащим гидроксид и гипохлорит натрия в соотношении 1:1,5÷2, при этом отработанные реагенты утилизируются совместно с навозными стоками, а в качестве реагентов используются промышленные отходы серной кислоты и щелочного раствора гипохлорита натрия, образующегося в процессе получения хлора методом электролиза раствора хлорида натрия, при этом обработанные серной кислотой навозные стоки могут использоваться для переработки в органоминеральные удобрения. Для получения органоминеральных удобрений подкисленные серной кислотой навозные стоки и отработанные растворы абсорбентов направляются в оборудованные механической мешалкой навозосборники, куда подается тонкодисперсная фосфоритная мука, нейтрализующая избыточную кислотность навозных стоков и обогащающая композицию фосфором. После нейтрализации навозные стоки направляется на центрифуги для отжима сухого остатка (кека). После удаления из навозных стоков жидкой фракции (фугата), к кеку добавляется кристаллический хлорид калия (консервант и источник калия) и смесь направляется на грануляцию в барабанной сушилке-грануляторе. В результате получается обогащенной серой азотно-фосфорно-калийное органоминеральное удобрение, содержащее комплекс ценных микроэлементов (селен, цинк, медь). Источником микроэлементов в органоминеральном удобрении являются минеральные подкормки, используемые при откорме свиней.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема дезодорации выбросов из свинарников и получения органо-минерального удобрения из свиного навоза (см. Фигура).

Установка очистки воздуха свинарника 1 содержит вытяжной воздуховод, участок воздуховода с форсунками тонкого распыла кислым раствором, дренажа участка воздуховода для удаления отработанного кислого раствора перед сепаратором на основе рукава сетчатого, далее участка воздуховода с форсунками тонкого распыла щелочным раствором с окислителем, дренажа участка воздуховода для удаления отработанного щелочного раствора перед сепаратором на основе рукава сетчатого, вытяжного вентилятора 8. Сборники кислого 6 и щелочного раствора 7 с окислителем устанавливаются с погружными насосами. Дренажи 3, 4 выполнены через гидрозатворы в сборник удаляемого навоза 5.

При функционировании установки в режиме полого абсорбера в пределах участка вытяжного воздуховода из производственного помещения фермы - подпольного канала принудительного навозоудаления 2 (канал навозоудаления под полом) происходит сокращение количества удаляемого воздуха при повышении в нем концентрации загрязняющих веществ, так как через решетки в полу системы навозоудаления загрязняющие вещества под действием отсасываемого из напольного пространства помещения блокируется поступление из навоза загрязняющих веществ в помещение. При использовании орошаемых участков вытяжного воздуховода: вначале кислым раствором, а затем щелочным раствором с окислителем достигается полная очистка удаляемого воздуха от газов щелочной, кислой природы и органических включений.

Использование раствора серной кислоты для орошения соответствующего участка вытяжного воздуховода позволяет эффективно удалять содержащийся в воздухе аммиак, переводя его в нелетучий сульфат аммония, находящий широкое применение в качестве ценного азотного удобрения:

2NH₃+H₂SO₄ = (NH₃)₂SO₄

Использование щелочного раствора гипохлорита натрия для орошения второго участка газохода позволяет эффективно удалять из воздуха сероводород, меркаптаны, летучие органические кислоты и многие другие легкоокисляемые органические вещества.

Летучие органические кислоты в щелочной среде образуют нелетучие соли:

R-COOH+NaOH=RCOONa+H₂O

Сероводород окисляется гипохлоритом натрия в щелочной среде до сульфата натрия, при этом ни один из продуктов окисления не представляет опасности для окружающей среды:

H₂S+4NaOCl+2NaOH=Na₂SO₄+4NaCl+2H₂O

Отработанные растворы реагентов направляются в навозосборники, в которые поступают удаляемые из навозных ванн подкисленные серной кислотой навозные стоки. При этом будет происходить взаимная нейтрализация остаточных количеств серной кислоты и гидроксида натрия с образованием экологически безопасных продуктов сульфата натрия и воды:

2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O

Остаточные количества гипохлорита натрия в отработанном реагенте также не представляют опасности для окружающей среды и здоровья животных и персонала, в навозных стоках данный реагент будет выполнять функции дезинфектанта.

Для снижения кислотности и предотвращения коррозии металлического оборудования в навозные стоки добавляется фосфоритная мука, содержащая карбонатные компоненты в тонкодисперсном состоянии, в результате чего кислотность навозных стоков поднимается до рН 5,5÷6,0.

Нейтрализованные фосфоритной мукой навозные стоки направляются на центрифугу 9 для отделения жидкой фракции. После центрифугирования фугат поступает в пруд-накопитель, а кек смешивается в двухвальном смесителе 10 с хлоридом калия и направляется в барабанный гранулятор-сушилку 11 для получения органоминерального удобрения. Включение в состав кека хлорида калия является желательным, но не обязательным условием получения органоминерального удобрения. В качестве источника калия может быть использован также отход производства, а именно хлорид калия из отработанного электролита магниевого производства. Все реагенты, используемые в технологическом процессе устранения запаха вентиляционных выбросов и переработки свиного навоза в органоминеральное удобрение, способствуют обогащению готового продукта (органоминерального удобрения) ценными для питания растений элементами (фосфором, калием и сульфатами). При этом сушка гранул в барабанном грануляторе-сушилке в течение 30÷40 минут при температуре выше 100°С приводит к полному уничтожению биологических патогенов (патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов), что обеспечивает требуемый уровень биологической безопасности готовой формы органо-минерального удобрения.

В отличие от прототипа, настоящее техническое решение имеет следующие преимущества:

- в качестве реагентов для поглощения запахообразующих веществ предлагается использовать такие отходы производства, как серная кислота и щелочной раствор гипохлорита натрия (отход производства хлора методом электролиза раствора хлорида натрия). Оба отхода образуются в нашей стране и за рубежом в огромных масштабах. Поиск и внедрение рациональных способов утилизации промышленных отходов является важнейшим элементом обеспечения устойчивого развития экономики на современном этапе;

- предлагаемое техническое решение предусматривает возможность снижения эмиссии запахообразующих веществ из навозных ванн, что имеет большое значение не только в плане охраны окружающей среды, но и в плане обеспечения здоровья животных, повышения продуктивности и качества продукции животноводства;

- отработанные реагенты предполагается включать в состав навозных стоков с последующей переработкой этих стоков в органоминеральные удобрения. Отработанные реагенты при таком способе использования не представляют опасности в плане дополнительного загрязнения окружающей среды, кроме того, поглощения аммиака из вентиляционных выбросов серной кислотой позволяет получить ценное минеральное удобрение (сульфат аммония), включение которого в состав навоза позволит повысить содержание элементов минерального питания растений в готовом продукте при переработке навозных стоков в органоминеральные удобрения.