АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина I, брой 3, 2013

Пречиствателни станции за животновъдни ферми

Пречиствателни станции за животновъдни ферми

Третирането на отпадъчни води от животновъдството е много актуална тема, като се имат предвид очакванията за съживяване на фермерството и строгите изисквания към качеството на водите преди заустване във водни обекти или селищна канализационна система. Независимо от големината на фермата и мястото на вливане на отпадъчните води, трябва да бъдат спазени нормите за редица показатели, наложени от българското и синхронизирани с европейското законодателство. За целта е необходимо пречистване на отпадъчните течни потоци с помощта на утвърдени технологични схеми и съоръжения. Ще разгледаме някои от възможностите за пречистване на отпадни води от ферми, с които може да се гарантира тяхното модернизирано и съобразено с екологичното законодателство функциониране.


текст Вела Динкова

Точковите източници на замърсяване на водите, каквито са животновъдните ферми, могат да заустват отпадъчни води само ако отговарят на емисионните норми за вливане в канализационните мрежи на населените места, в селищните пречиствателни станции или във водни обекти. В разрешителните за заустване на отпадъчни води във водни обекти се определят индивидуални емисионни ограничения на точковите източници на замърсяване. Целта е да се намали броят на включване на отпадъчни води в повърхностни води, да се изградят пречиствателни станции и да се ограничи замърсяването на водите. Когато вливането не е във водни обекти, а в канализационните системи на селищата, също действат емисионни норми, определяни за всеки конкретен случай, съобразено с капацитета и натоварването на селищната пречиствателна станция.

Всичко това говори, че за да достигне изискванията, всяка ферма трябва да използва пречиствателни съоръжения за отпадъчни води. Днес развитието на инженерни решения за третиране на отпадъчни води и концепциите за рационално използване на водните ресурси са от съществена важност за формиране на по-разумен и отговорен подход към околната среда и опазване на човешкото здраве в сферата на животновъдството.

Особености на отпадните води от животновъдството
Животновъдството може да представлява особена заплаха за околната среда при натрупването на оборски тор и заустването на отпадъчни води, защото те са източник на нитрати и микробно замърсяване за почвата, повърхностните и подземните води. Отпадъчните води от животновъдството обикновено се характеризират с високо органично съдържание – по-високо от това на селищните канализационни води, високо съдържание на суспендирани твърди частици, нитрати и фосфати, наличие на антибиотици, синтетични хормони, често високи концентрации на паразити и техните яйца, както и спори на болестотворни микроорганизми.

Има особености при различните типове ферми. Например в свинефермите има практика да се инжектират антибиотици за лечение и профилактика на заболявания или те да се добавят към фуражите. Ако прилагането на антибиотици (тетрациклин) в свинефермите става в продължителен период от време, то ще активира развитието на тетрациклин-резистенти щамове в храносмилателния тракт на животните, а от там и в отпадъчните води и торовете. В случаите когато те не се третират и съхраняват правилно, има риск от навлизане на тези щамове в повърхностните и подземните води. Това от своя страна може да има сериозни последици за здравето на хората и за околната среда.

По подобен начин стоят нещата и с естрогените, засичани във високи концентрации в отпадните води и торовете от кравеферми. Доказано е, че при изтичането им от лагуни в подпочвените води или при заустване на непречистени отпадни потоци в повърхностни води, те се трансформират до устойчиви органични субстанции, опасни от екологична и здравословна гледна точка.

Много често отпадъчните потоци се разделят на твърда и течна фракция. За твърдите животински отпадъци съществуват няколко варианта за оползотворяване. Твърдите органични торове могат да се изсушат, да узреят и да се използват като естествени торове в селското стопанство. Някои животински торове се третират чрез смесване със слама и компостиране при висока температура за получаване на бактериологично стерилен и ронлив тор за подобряване на почвата (компост). Въвеждането на този продукт в почвата не нарушава стабилността на агро-екосистемите. Друг вариант е обработката им в анаеробни лагуни, в които след третиране с анаеробни микроорганизми летливите органични съединения се превръщат във въглероден диоксид и метан. В този случай освен твърди се включват и течни отпадъчни маси. Още една възможност е оползотворяване в биогазови инсталации за получаване на биогаз, като тук има ограничения за съдържанието на влага.

Техники за пречистване на отпадни води от животновъдството
Методите за пречистване на отпадъчни водни потоци от животновъдството са най-често механични, физико-химични, биохимични, термични (топлинни) и биологични.

Механичната обработка се извършва в пясъкоуловители, утаители, центрофуги, флотатори и филтри. Във флотаторите става отделяне от водата на нееднородни твърди частици, въз основа на различната им степен на намокряне. Тези които не се намокрят добре, т.е. те са хидрофобни, изплуват на повърхността с мехурчета от въздух. Разделянето на хидрофилните и хидрофобните частици става чрез, различното им прилепване към границата на двете фази – най-често вода или воден разтвор и газова фаза (фъздух).

Физико-химични методи са коагулация, флокулация, електрокоагулация и сорбция и се използват за пречистване на отпадъчните води от колоидни и разтворени съединения, броят на които във водата след механичните съоръжения за третиране остава почти непроменен. Като най-широко използвани коагуланти са утвърдени алуминиев сулфат и железен хлорид. С въвеждането на коагуланти в реакторите със замърсена вода, те обгръщат суспендираните частици, като напълно променят повърхностните им свойства и неутрализират заряда им. Коагулантите предизвикват окрупняване на неразтворените замърсители и образуване на накипи от тях. Днес минералните коагуланти все по-често заменят макромолекулните флокуланти от органичен и неорганичен произход. Същността на флокулация е получаване на големи агрегати от замърсяващите частици, като контакта се осъществява чрез адсорбционните способности на молекулите на флокуланта.

Електрохимични методи на третиране имат редица предимства пред тези с реагенти: не се повишава съдържание на соли в отпадъчните води, получава се по-малко количество утайка, опростява се технологичната схема на очистване, обезпечава се автоматизация и за съоръженията са необходими по-малки производствени площи. Като недостатък за тях може да се посочат високите капиталови и оперативни разходи за електродната система, както и образуването на отлагания върху електродите и появата на взривоопасни смеси от газ. Електрокоагулация се използва за отделяне от отпадните води на фино диспергирани примеси и е неприложим за разтворени вещества.

Третирането със сорбенти е поглъщане от твърдо тяло или течност на вещество от заобиклалящата го среда. При пречистване на отпадъчни води се използва различната степен на сорбция на замърсителите от водата или в твърди вещества (сорбенти). Като сорбенти могат да се използват активен въглен, почвата или растителни остатъци. Ако отпадъчните води имат високо съдържание на соли, което не допуска заустването им, ще е необходима термична обработка. Тя се извършва в съоръжения, работещи под налягане или вакуум. В резултат се получава кондензат (пречистена вода) и соли, които се отделят.

Биохимични пречистване е основен начин за третиране на отпадъчни води от животновъдството, преди да бъдат заустени, както и преди повторното им използване в системи за оборотно водоснабдяване. Смята се, че микроорганизмите могат да се окисляват всички органични вещества, с изключение на тези, които са изкуствено синтезирани и нямат аналози в природата. Най-слабо достъпни източници на въглерод са вещества, които не съдържат кислородни атоми (въглеводородите), но те също се разграждат от микроорганизмите на активната утайка. Токсични за микроорганизмите на активната утайка могат да се окажат йони на тежки метали и някои органични съединения. При концентрации под пределно допустимите обаче те се усвояват от бактериите и са източник на въглерод и енергия. Биологично третиране се извършва в аеротанкове или биоокислителни басейни (биобасейни). Друг тип биологично третиране е това с матрици с висши растения.

Аерационни станции
Биологичното пречистване на водата чрез аериране, е широко признато като удобен, надежден и безопасен начин за третиране на отпадъчни води. При този метод се създават благоприятни условия за дейността на аеробни микроорганизми, чрез внасяне на въздушни мехурчета (аерация). В резултат на тази работа се създава достатъчно активна микробна маса, способна да разгражда високото органично съдържание на отпадните води от животновъдството до прости неорганични съединения. Всъщност този тип станции имат почти универсално приложение и степента на пречистване при тях е на високо ниво. Те имат и други предимства. След пречистване, водата може да се използва за технически цели, а отпадъците, получени в процеса на утаяване след аериране се обработват до тор за почвата с необходимите показатели за стабилност.

Съоръженията със силно концентрирани отпадъчни води от животновъдни ферми създават сериозни технически проблеми от гледна точка на аерирането. Това се дължи основно на условията на средата, в която трябва да се прехвърля кислород. Поради високото съдържание на соли, органична материя, както и на повърхностно активни вещества (ПАВ), възникващи по време на хидролиза, се създава повърхностна пяна в биобасейните. Така повърхностното разпространение на кислород става трудно. Затова тук повърхностните аератори не са особено ефективни. Прибягва се до ежекторни потопени аератори, които работят надеждно при описаните условия и имат голяма окислителна способност.

Обикновено станциите на аерационен принцип съдържат няколко сектора. Най-напред отпадната вода преминава през помпи с режещи устройства, които раздробяват и хомогенизират мръсотиите. Те са в началото на входния сектор, в който се извършва денитрификация – разграждане на азотните съединения до азот. След това сместа преминава в сектора за нитрификация, където става постоянно въвеждане на фини въздушни мехурчета от дифузери (аератори). Тук се осъществява аеробно разграждане на всички замърсители, като азотните съединения се разграждат до нитрати от аеробни бактерии. Аераторите се захранват от компресор, разположен извън пречиствателното съоръжение. Получените нитрати се прехвърлят непрекъснато с въздушна помпа от зоната за нитрификация към зоната за денитрификация. След сектора за нитрификация следва утаител в който биомасата се отделя от пречистената отпадна вода. Последната се отвежда чрез канал извън пречиствателното съоръжение. Отделената в утаителя биомаса се връща в аерационния сектор. Когато биомасата се натрупа в зоната за нитрификация, тя се прехвърля с въздушна помпа в зоната за аеробна стабилизация, където се доокислява и се подготвя за извеждане от устройството във вид на тор.

Анаеробни и комбинирани станции
Съвременните анаеробни биореактори се различават от традиционната организация на метан-танковете главно по намаленото от 5 до 10 пъти време за задържане на биомасата и снижената температура до 20оС. Така процесите са по-бързи и енергийно ефективни. В тях анаеробни бактерии в безкислородна среда разграждат отпадъчния поток след преминаване през утаител до метан, въглероден диоксид и неразлагащи се примеси.

Съществуват и резервоари с био-филтър, при който се използва както анаеробно, така и аеробно разграждане на замърсените води. В тях отпадъчната вода първоначално преминава през фаза на утаяване и след това се разпределя равномерно по повърхността на биофилтър. На повърхността на замърсяванията се образуват колонии от аеробни микроорганизми, или така наречения био-филм. Микроорганизмите разграждат разтворените замърсители в протичащата вода и ги превръщат в утайка, която периодично се промиват от био-филтъра. В инсталации с биофилтър пречистването на отпадните води достига 90%.

За допълнително пречистване на водите преминали през аеробни и анаеробни септични контейнери, те се насочват на равномерни порции през филтриращата повърхност на съоръжения за подземна филтрация – филтрационни полета, кладенци и лагуни. В случая в действие влизат аеробни почвени микроорганизми, които при наличие на кислород се хранят с органиката в замърсителите и по този начин ги разграждат.

Биологични пречиствателни станции
Пречистването на отпадните води от животновъдството в биологични пречиствателни станции става все по-често предпочитана екологосъобразна алтернатива. В тях замърсената вода се пречиства по естествен път, в резултат на жизнената дейност на различни растителни видове и микроорганизми от почвата. Всички те включват в метаболизма си органичните замърсители, тежките метали и различни други токсични вещества от отпадните потоци. Преминалата през такава пречиствателна станция вода показва стойности на pH, БПК5, ХПК, нитрити и неразтворени вещества, които отговарят на нормите и позволяват заустване според изискванията на МОСВ.

Най-модерните предложения от този тип са на каскаден принцип и съчетават най-новите разработки в екологичния инженеринг с традиционните процеси за пречистване на отпадъчни води. Системните компоненти се произвеждат извън площадката и се доставят на нея в готов вид. Модулните секции позволяват да се намали времето за строителство и да се създаде икономически конкурентен метод за третиране на отпадни води с голяма производителност (над 5000м3/ден). Такава станция включва атрактивните екологични функции и може да бъде ключов компонент в устойчивия план за управление на водите във всяка животновъдна ферма.

Компонентите на системата формират комплексна матрица от биологични реакции и пречистващи процеси. Получената система е стабилна. Това е съвременно решение на еко-инженеринга, обединяващо процесите в природата в един умален матричен вид. Някои от матриците са с иновативна плаваща платформа, а други са предназначени за засаждане. Така те могат да действа, в течни отпадни потоци, в лагуни и почвени субстрати. Цялостната система от висши растения и микроорганизми преработва отпадния поток с минимално производство на утайка.

Ключово предимство на матричните биологични станции е тяхната гъвкавост. Системата може да се трансформира в зависимост от натоварването. Тя се интегрира добре към околната среда и може да се включи към всякакъв терен. Експлоатационните разходи са ниски и не изискват човешки труд. Не се отделят неприятни миризми, а пречистената вода може да се включи в оборотно водоснабдяване във фермата за измиване или поливане.