solid-lichid

Bazinele de decantare sunt structuri lungi, de mică adâncime, care utilizează gravitația pentru decantarea solidelor.

Producătorii de animale și păsări de curte caută tratamente alternative pentru gunoiul de grajd și pentru apele uzate generate de procese, pentru a reduce încărcarea excesivă de nutrienți și potențialul de miros al structurilor de depozitare a gunoiului de grajd lichid.

Separarea solid-lichid este îndepărtarea parțială a solidelor organice și anorganice dintr-un amestec de gunoi de grajd animal, scurgeri în lot deschis și ape uzate generate de proces, cunoscute și sub denumirea de gunoi de grajd lichid. Sistemele de gunoi de grajd lichid sunt populare în rândul operațiunilor de creștere a animalelor și a păsărilor, deoarece fac gunoiul de grajd ușor de manevrat, depozitat, tratat biologic în lagune și se aplică terenurile. Gropile și jgheaburile de gunoi de grajd sunt, de asemenea, ușor de reîncărcat și de spălat folosind lichid de lagună.

Solidele separate pot fi utilizate pentru compostare, realimentare sau generare de biogaz (metan). Materialul compostat poate fi folosit ca așternut în hambare gratuite. Separarea solidelor de gunoiul de grajd lichid facilitează pomparea și manipularea lichidelor. De asemenea, ajută la reducerea:

  • Cantitatea de material organic (încărcare organică)
    în lagunele de tratament
  • Mirosuri în instalațiile de depozitare și tratament
  • Acumularea de solide în lagunele primare
  • Frecvența îndepărtării nămolului de lagună
  • Poluarea potențială a apelor subterane și subterane, deoarece în lichidul separat există mai puțin azot, fosfor și alți constituenți

Tehnici și echipamente de separare

Principalele obiective ale separării solid-lichid sunt separarea fizică și îndepărtarea solidelor suspendate și a unor solide dizolvate din gunoiul de grajd lichid. Sunt disponibile mai multe metode pentru a separa solidele de lichide:

  • Sedimentare (solidele se depun prin gravitație).
  • Separarea mecanică. Gravitatea și separarea mecanică sunt cele mai comune două tehnici utilizate în acest scop.
  • Iazuri de evaporare. Acestea pot fi eficiente în regiunile aride în care se elimină mult mai multă apă prin evaporare decât se adaugă prin precipitații. În comparație cu sistemele care utilizează tratarea și irigarea efluenților, utilizarea acestor iazuri este limitată de dimensiunea lor mai mare, cerințele de proiectare și reglementările de mediu actuale și în evoluție.
  • Deshidratare. Această metodă, care folosește căldura pentru îndepărtarea umezelii, este nepopulară din cauza costurilor sale inițiale ridicate, a întreținerii și a cerințelor energetice.
  • Flocularea coagulării. O tehnică relativ nouă pentru separarea solid-lichid folosește substanțe chimice pentru a agrega solidele suspendate (coagulare) pentru a forma particule solubile și pentru a transforma particulele în flocuri mari, cu sedimentare rapidă (floculare).

Sedimentare

Bazinele de decantare sunt structuri concepute pentru a separa solidele de gunoiul de grajd lichid prin sedimentare. Debitul de gunoi de grajd este restricționat pentru a permite o parte din solidele să se așeze. Lichidele și unele solide se scurg treptat către un iaz de reținere, un tratament lagunar sau către o altă structură de depozitare. Solidele rămase în bazin sunt lăsate să se usuce și apoi sunt îndepărtate.

Bazinele de decantare ar trebui să fie puțin adânci (de obicei adânci între 1 și 3 picioare), lungi, largi și cu drenaj liber. Viteza de curgere la debitul de proiectare ar trebui să fie mai mică de 1 picior pe secundă; se dorește un timp de reținere hidraulic (timpul mediu de reținere pentru dejecțiile lichide care curg în bazin) de 20 până la 30 de minute.

Separatoare mecanice

Tipurile de separatoare mecanice includ separatoare de ecran, centrifuge, hidrocicloni și prese (tip șurub sau curea).

Separatoare de ecran

Separatoarele sunt clasificate în continuare ca ecrane staționare, rotative și vibrante.

Ecran înclinat staționar: Aceste așa-numite ecrane statice folosesc gravitația pentru a separa gunoiul de grajd lichid de solid. Gunoiul de grajd lichid este pompat la marginea superioară a ecranului. Lichidele trec prin ecran, în timp ce solidele se acumulează și alunecă pe ecran pentru a fi depuse pe un tampon de colectare sau melc. Acest tip de separator de ecran este utilizat pe scară largă pentru a elimina particulele fibroase, grosiere din gunoiul de lapte, ceea ce face mai ușor manipularea, depozitarea și tratarea gunoiului de grajd, reciclarea lichidelor pentru spălare și aplicarea lor pe uscat.

Avantajele acestor ecrane sunt că nu au piese în mișcare și necesită puțină energie. Cu toate acestea, au nevoie de un sistem de spălare separat pentru a împiedica înfundarea ecranului. De asemenea, acestea necesită un bazin și o pompă pentru a colecta gunoiul de grajd lichid și a induce curgerea peste ecran.

Ecranul transportorului de zbor în canal: Acest separator constă dintr-un ecran înclinat și o serie de bare orizontale numite transportoare cu zbor. Separatorul poate fi plasat direct într-un canal deschis de ape uzate, ceea ce elimină necesitatea unui bazin sau a unei gropi și a unei pompe de ridicare. Un lanț trage transportoarele care transportă gunoi de grajd peste partea superioară a ecranului înclinat. Lichidul trece prin ecran și se scurge în canal pe partea din aval a separatorului, în timp ce solidele separate sunt depuse pe un tampon de colectare. Utilizările acestor separatoare sunt similare cu cele ale separatoarelor înclinate staționare, dar separatoarele de ecran transportoare necesită o întreținere mecanică mai mare, deoarece piesele lor mobile sunt expuse la materiale corozive și abrazive.

Separator de ecran vibrant: Acest separator are un ecran care vibrează rapid, ceea ce ajută la menținerea ecranului de înfundarea excesivă. Gunoiul de grajd lichid este pompat pe ecran la o rată controlată. Lichidul trece prin ecran și este colectat într-un recipient sub el. Solidele separate rămase pe ecran se deplasează la marginile ecranului.

Separator rotativ de ecran: După cum sugerează și numele, un ecran rotitor sau rotitor continuu, similar cu un uscător de haine, primește gunoi de grajd lichid la o rată controlată. Un răzuitor îndepărtează solidele care se adună pe ecran; lichidul care trece prin ecran este colectat într-un rezervor.

Centrifuge și hidrocicloni

Centrifugele și hidrociclonii separă solidele de lichid folosind forța centrifugă pentru a crește viteza de decantare a particulelor suspendate. Centrifugele verticale și orizontale au fost utilizate în procesarea alimentelor și în operațiunile de gestionare a deșeurilor industriale. Producătorii de animale le-au folosit pentru a separa solidele de gunoi de grajd.

Bazinele de decantare sunt structuri lungi, de mică adâncime, care utilizează gravitația pentru decantarea solidelor.

Un tip de centrifugă orizontală folosește un cilindru rotativ. Pe măsură ce gunoiul lichid intră în cilindru, solidele sunt separate de lichid. O melcă în interiorul cilindrului, care se rotește mai repede decât cilindrul, mută solidele către o deschidere la un capăt, unde sunt descărcate într-un teanc sau container. Lichidul este evacuat din capătul opus. Hidrociclonii sunt separatori de cicloni în formă de con care nu au părți în mișcare. Un hidrociclon este configurat astfel încât atunci când gunoiul de grajd lichid este pompat într-un unghi în ciclonul din apropierea vârfului, acesta se învârte la viteză mare. Mișcarea puternică de învârtire separă solidele împingându-le spre exterior și se așează prin gravitație în partea de jos a conului. Lichidul iese din vârful conului printr-o conductă. Aceste separatoare necesită pompe de rapel la 30 psi sau mai mult.

Prese

Solidele separate rezultate din sedimentare, screening și centrifugare sunt denumite tort solid, care poate conține până la 85 până la 95 la sută umiditate (numai 5 până la 15 procente solide totale). Presele sunt folosite pentru a elimina mai multă apă din prăjitura solidă, astfel încât să poată fi compostată sau hrănită animalelor. Tipurile de prese includ prese cu role, prese cu curea și prese cu șurub. Aceste dispozitive ajută la eliminarea particulelor cu textură fină.

Capătul de descărcare al unui separator transportor cu zbor în canal.

  • O presă cu role are ecrane concave și o serie de role și perii care presează gunoiul lichid de ecrane. Lichidele sunt stoarse și solidele rămân pe ecran.
  • O presă de curea folosește o centură de țesătură plană, care rulează orizontal între role. Rolele stoarce gunoiul de grajd lichid prin perforații în curea, care reține solidele.
  • O presă cu șurub folosește un ecran cilindric cu un transportor de tip șurub în centru. Șurubul transportă solidele reținute pe ecran la capătul de descărcare pentru solide. De asemenea, transportorul cu șurub
    compactează și elimină apa din aceste solide în timpul transportului.

Tratament chimic

Cercetătorii studiază procesele de coagulare și floculare a particulelor, care utilizează substanțe chimice pentru a ajuta la separarea solidelor de lichidele din gunoiul de grajd animal. Coagularea este un proces de adunare a solidelor care sunt suspendate într-un lichid într-o masă pentru a forma particule care se pot așeza. Flocularea este un proces care transformă particulele coagulate în mase mari, cu sedimentare rapidă, numite și flocuri.

Cele mai frecvente substanțe chimice utilizate pentru coagularea și flocularea solidelor în gunoiul de grajd și în apele reziduale sunt polimerii organici precum poliacrilamida (PAM) și sărurile metalice precum clorura ferică (FeCL3), alum (Al2 (SO4) 3) și var (Ca) ( OH)) 2). Aceste tratamente chimice pot funcționa bine pentru gunoiul de grajd cu particule fine, cum ar fi gunoiul de pasăre și porc.

Studiile de laborator au descoperit că clorura ferică și alumul sunt coagulanți eficienți care ajută la îngrășarea solidelor solare prin gravitație prin sedimentare. Un polimer utilizat cu clorură ferică sau alum produce flocuri dense și ajută la îndepărtarea solidelor prin procesul de screening.

Performanța și economia separatoarelor

Fiecare tip de separator funcționează cel mai bine în anumite tipuri de operațiuni de creștere a animalelor. O măsură a capacității unui separator de a funcționa bine într-o anumită operație este eficiența separării, care este procentul de solide totale îndepărtate din gunoiul de grajd lichid. Fiecare sistem este conceput pentru a separa o serie de dimensiuni ale particulelor; eficiența sa depinde de debitul gunoiului de grajd, de forma și distribuția mărimii particulelor și de natura lor chimică. Când luați în considerare sisteme de separare a lichidului solid pentru funcționarea dvs., bazați-vă alegerea pe tipul și volumul de gunoi de grajd lichid și ape uzate pe care le generează operațiunea dvs.

Unele sisteme de separare sunt ineficiente atunci când sunt utilizate singure în anumite tipuri de operații. Sistemele de sedimentare și separare mecanică au eficiențe reduse de separare. Niciun sistem nu elimină în mod eficient solidele mai fine (mai puțin de 0,25 mm sau 0,01 inch în diametru), care pot crea un număr de compuși care produc mirosuri atunci când carbohidrații, proteinele și grăsimile se descompun anaerob (fără oxigen liber). Aceste solide mai fine conțin, de asemenea, substanțe nutritive precum azotul și fosforul. Prin urmare, sedimentarea sau separarea mecanică singură nu pot reduce semnificativ mirosurile sau nutrienții din gunoiul de grajd și apele uzate.

Sedimentare

La proiectarea unui bazin de sedimentare, principalii factori care trebuie luați în considerare sunt debitul de gunoi de grajd și de apă uzată, viteza de decantare a solidelor și timpul de reținere (timpul dintre intrarea și ieșirea gunoiului de grajd lichid). Studiile arată că sedimentarea pare a fi cea mai eficientă pentru tratarea gunoiului de grajd și a apelor uzate foarte diluate (gunoi de grajd spălat sau scurgeri de furaje), constând din mai puțin de 3% solide totale. În general, decantarea este redusă dacă gunoiul de grajd este mai mare de 1% solide suspendate.

Eficiența separării pentru bazinele de sedimentare (solidele totale îndepărtate) a fost raportată până la 64% pentru un lot de hrana pentru porcine din beton și 39 - 75% pentru un lot de hrană pentru carne de vită. În acest din urmă caz, o mare parte a încărcăturii solide constă din particule de sol relativ mari, desprinse de suprafața coralului în timpul precipitațiilor.

Cercetătorii au testat performanța unui bazin de decantare cu două compartimente (3 picioare adâncime și 80 picioare lungime fiecare) funcționate în paralel pentru o lactată cu lot deschis în județul Erath, Texas. Toate apele reziduale generate de proces din sala de muls și din haldă, precum și orice scurgeri de precipitații din loturi, au fost canalizate în bazinul de decantare. Revărsarea din bazinul de decantare a fost direcționată către o lagună de tratament/depozitare anaerobă. Bazinul de decantare a asigurat o eficiență de separare de 33% pentru solidele totale și 45% pentru solidele volatile.

Separatoare mecanice

Au fost efectuate teste pe teren privind eficiența separării diferitelor tipuri și mărci de separatoare mecanice. Performanța diferitelor separatoare mecanice a variat mult. Eficiența a variat între 3 și 67% din totalul solidelor eliminate, în funcție de dimensiunea ecranului (deschideri), tipul de gunoi de grajd și debitele utilizate. În plus, afirmațiile producătorilor se pot baza, de asemenea, pe solidele totale suspendate sau pe procente volumice de solide determinate utilizând conul Imhoff (un vas gradat în formă de con pentru a măsura solidele solubile). Rezultatele testului pot fi înșelătoare dacă nu se bazează pe solidele totale sau solidele volatile.

Când verificați rezultatele acestor teste, asigurați-vă că raportul include informații exacte despre variabile precum tipul de gunoi de grajd lichid testat (porcine, carne de vită sau de pasăre), conținutul total de solide din gunoiul de grajd înainte de testare și, dacă este cazul, debitul lichidului care intră în sistemul de separare.

Performanța separatoarelor de ecran depinde de mărimea deschiderii ecranului, de debitul de gunoi de grajd lichid și de caracteristicile de gunoi de grajd, cum ar fi conținutul de solide și distribuția dimensiunii particulelor. Studiile arată că ecranele au performanțe mult mai bune cu dejecțiile care conțin mai puțin de 5% solide. Debitele mai mari și conținutul de solide tind să înfunde deschiderile ecranului, provocând acumularea de mai multă apă pe suprafețele ecranului și mai multă umiditate rămase în solid.

Presele și centrifugele au o eficiență de separare mai mare decât ecranele și produc solide relativ mai uscate. Există puține date de performanță disponibile pe presă și cicloni. La un centru de muls lactate din județul Erath din Texas, un sistem de separare a solidelor de hidrociclon a redus concentrația totală de solide în debitul de apă uzată (debitul care iese din separator) cu 34 la sută în comparație cu cea din intrare (debitul care intră în separator).

Tratament chimic

Laboratoarele au testat cât de bine ajută substanțele chimice să separe solidele din gunoiul de grajd animal prin coagulare și floculare, dar nu există o metodă standard pentru testarea pe teren. Unele studii la scară pe bancă au arătat că multe alte substanțe solide totale sunt îndepărtate atunci când sedimentarea sau separarea mecanică este urmată de tratamentul chimic al dejecțiilor lichide. Cercetătorii lucrează pentru a stabili dozarea optimă (adică alimentarea continuă) pentru aceste substanțe chimice.

Economie

Costurile implicate în separarea solidelor de gunoiul de grajd lichid, a apelor uzate generate de proces și a scurgerii în lot deschis includ costul sistemului de separare, construcție și/sau instalare, energie și forță de muncă pentru operarea sistemului și întreținerea și reparațiile sistemului. Separatoarele mecanice variază de la 10.000 USD la peste 50.000 USD, fără a include costul pompelor, al rezervoarelor și al canalelor. Capacitățile lor de producție (cantitatea de gunoi de grajd lichid și de apă uzată procesată) variază de la 100 la 600 de galoane pe minut.

Pentru aceeași capacitate, ecranele costă mai puțin decât centrifugele sau presele. Unii producători oferă opțiuni pentru a instala prese pe un separator de ecran pentru a elimina mai multă apă din solidele separate. Atunci când selectați metoda și echipamentul de separare pentru un anumit sistem de gestionare a gunoiului de grajd, luați în considerare cantitatea de gunoi de grajd și deșeuri generate de proces care urmează a fi tratate, obiectivul separării solid-lichid și utilizarea planificată a solidelor separate.

Pentru mai multe informatii

Auvermann, B. W. și J. M. Sweeten. 1992. Evaluarea separatorului de solide hidrociclone pentru gunoiul de lapte. Raportul zilei de teren a județului Erath Serviciul de extindere agricolă din Texas, Texas A&M
Sistemul universitar.

Serviciul Midwest Plan (MWPS). 1993. Manual privind instalațiile pentru deșeurile de animale. MWPS-18. MWPS, Universitatea de Stat din Iowa, Ames, IA 50011.

Sweeten, John M. și M. L. Wolfe. 1993. Expansiunea industriei produselor lactate: impact asupra calității și cantității apelor subterane, cu accent pe evaluarea sistemului de gestionare a deșeurilor pentru lactatele cu lot deschis. Tehnologie. Raport nr. 155. Texas Water Resources Institute. Universitatea Texas A&M, College Station, TX 77843-2118.

Zhang, R. H. și P. W. Westerman. 1997. Separarea solid-lichid a deșeurilor animale pentru controlul mirosurilor și gestionarea nutrienților. Inginerie aplicată în agricultură 13 (5): 657-664.

Articol original de Saqib Mukhtar, John M. Sweeten și Brent W. Auvermann *

Produs de Comunicații Agricole, The Texas A&M University System