CS274594B1

CS274594B1 - Process for ammonia collecting from waste water after methane fermentation of slurry from domestic animals excrement

Info

Publication number: CS274594B1
Application number: CS260284A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Csc Cervenka; Zdenek Ing Csc Broz; Jan Ing Csc Cermak; Jiri Akademik Mostecky
Original assignee: Cervenka Jan; Broz Zdenek; Cermak Jan; Mostecky Jiri
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1991-08-13

Abstract

The ammoniac is expelled from the wastewater in stripping column by means of water vapour. Ammonia liquor is obtained by condensation of water vapour by ammoniac. In the ammonia liquor the ammoniac is chemically bound by carbon dioxide to a mixture of normal or acid ammonium carbonate in the following manner: The ammonia liquor in absorber is introduced into contact either with biogas produced during methane fermentation or with combustion gasses originated during biogas burning. The heat released by condensation of the vapour mixture is used for fermentation tank tempering. The wastewater is sterilised during the ammoniac removal. This method of ammoniac collection, in comparison to other methods, results in reduction of operating and investment costs.

Description

Vynález ae týká způsobu jímání čpavku z odpadní vody po mstanové fermentaci kejdy · z exkrementů užitkových zvířat.The invention relates to a process for collecting ammonia from waste water after the fermentation of manure from animal excrements.

Kejda je splašková voda, která vzniká při čistění bezstellnových stájí splachováním vodou. Produkuje se především v chovu vepřů a skotu. Při dodržování technologické kázně ve stájích obsahuje kejda 8 % i více sušiny. Lze ji používat přímo ke hnojení polí.Slurry is a sewage water that is produced when cleaning stell-free stables by flushing with water. It is produced mainly in pig and cattle breeding. When keeping the technological discipline in the stables, manure contains 8% or more dry matter. It can be used directly to fertilize fields.

Problémy s využitím kejdy vznikají ve velkochovech, např. s 10 000 ks a více praO sat nebo 1 000 ks a více skotu, které produkují asi 100 m a více kejdy denně. Ve vegetačním období není možné rozvážet kejdu na pole i 100 dnů a více a proto je třeba budovat velké zásobní nádrže. Průměrná vzdálenost rozvozu kejdy na pole od velkokapacitních chovů přesahuje 5 km a tím vznikají značné nároky na přepravní techniku a pohonné hmoty. Ve skladované kejdě dochází k částečnému rozkladu především rozpuštěných organických a dusíkatých látek. Při tomto rozkladu se neúčinně ztrácí do ovzduší jednak energie a jednak cenné dusíkaté hnojivo - čpavek. Hledají se proto způsoby zpracování kejdy, které odstraňují zmíněné problémy.Problems with the use of slurry arise in large-scale farms, eg with 10,000 or more pigs or 1,000 or more cattle, which produce about 100 m or more of slurry a day. In the growing season it is not possible to deliver slurry to the field for 100 days or more and therefore it is necessary to build large storage tanks. The average distance of manure distribution to the field from large-scale farms exceeds 5 km, which creates considerable demands on transport technology and fuel. Particular decomposition of dissolved organic and nitrogenous substances occurs in stored manure. This decomposition inefficiently loses energy to the air and valuable nitrogen fertilizer - ammonia. We are therefore looking for methods of slurry processing that eliminate the problems mentioned.

Nejjednodušší způsob zpracování kejdy spočívá v tom, že se kejda odvodní, např. v pásovém lisu, takže vznikne kompost a přefiltrovaná odpadní voda. Tu je možné vyčistit v aerobně biologické čističce. Množství kompostu představuje zhruba čtvrtinu množství kejdy. Tím se náklady na rozvoz kompostu sníží zhruba na čtvrtinu v porovnání s náklady na rozvoz kejdy. Při tomto způsobu se však nevyužije ani energie v kejdě rozpuštěných organických látek ani dusíkaté látky obsažené v přefiltrované odpadní vodě.The easiest way to treat slurry is to drain the slurry, eg in a belt press, so that compost and filtered waste water are produced. This can be cleaned in an aerobic biological treatment plant. The amount of compost is about a quarter of the amount of slurry. This will reduce the cost of delivering compost to about a quarter of the cost of manure distribution. In this process, however, neither the energy of the slurry of dissolved organic substances nor the nitrogenous substances contained in the filtered waste water are utilized.

V dokonalejším způsobu využití kejdy se před odvodněním kejda zavádí do fermentoru, kde se udržuje za nepřítomnosti vzduchu při teplotě okolo 35 °C. Za těohto podmínek anaerobní bakterie štěpí rozpuštěné organické látky za vzniku bioplynu, tj. plynné směsi obsahující přibližně 65 % metanu a 35 % oxidu uhličitého. Průměrná doba zdržení kejdy ve fermentoru je 15 až 20 dnů. Na udržování potřebné teploty je třeba do fermentoru dodávat tepelnou energii, která se vyrábí spalováním bioplynu. Při fermentaci se odbourá tolik rozpuštěnýoh organických látek, že jejich poměr vůči dusíkatým látkám ve filtrované odpadní vodě za odvodněním je podkritický. Odpadní voda s podkritiokým poměrem uhlíkatých a dusíkatých látek se v aerobně biologické čističce dostatečně nedočistí. Poměr uhlíkatých a dusíkatých látek lze upravit nad kritickou hodnotu bučí tak, že se do odpadní vody přidává uhlíkatá látka (např. metanol), anebo se z odpadní vody odstraní část dusíkatých látek zastoupených především čpavkem, který je v odpadní vodě chemický vázán oxidem uhličitým. Druhá alternativa, jímání čpavku, je racionálnější, protože se při ní získává cenná hnojivá látka, místo aby se do procesu dodávala jiná cenná látka, která by se v aerobním dočištění rozložila.In an improved slurry utilization process, the slurry is introduced into a fermenter prior to dewatering, where it is maintained at about 35 ° C in the absence of air. Under these conditions, the anaerobic bacteria break down dissolved organic matter to form biogas, i.e. a gas mixture containing about 65% methane and 35% carbon dioxide. The average residence time of the slurry in the fermenter is 15 to 20 days. In order to maintain the required temperature, it is necessary to supply thermal energy to the fermenter, which is produced by the combustion of biogas. During fermentation, so much dissolved organic substances are degraded that their ratio to nitrogenous substances in the filtered waste water downstream of the drainage is subcritical. Waste water with a subcritical ratio of carbon to nitrogen is not sufficiently treated in an aerobic biological treatment plant. The ratio of carbon to nitrogen can be adjusted above the critical value either by adding a carbonaceous substance (eg methanol) to the wastewater, or by removing from the wastewater a portion of the nitrogenous substances mainly represented by ammonia, which is chemically bound in the wastewater by carbon dioxide. The second option, ammonia collection, is more rational because it yields valuable fertilizer substance, instead of adding another valuable substance to the process that would degrade in aerobic after-treatment.

Jímání čpavku se provádí např. tak (způsob DELEWA BĚSA), že se do filtrované odpadní vody přidává vápno, kterým se v odpadní vodě vysráží oxid uhličitý jako uhličitan vápenatý a čpavek 3e uvolní z chemické vazby. Odpadní voda s volným čpavkem se zavádí na hlavu desorpční kolony. V desorpční koloně stéká odpadní voda samospádem po výplni s velkou mezerovitostí. Protiproudně tekoucím vzduchem hnaným ventilátorem se z ní vyfouká Čpavek. Vzduch obsahující čpavek se vede do absorbéru stejné konstrukce jako je desorpční kolona, kde se čpavek ze vzduchu pohlcuje do roztoku silné kyseliny, výhodně do kyseliny fosforečné, zaváděného na vrch absorbéru. Z absorbéru vystupuje spodem kapalné hnojivo - fosforečnan amonný - a vrchem vzduch zbavený čpavku. Z vrchu absorbéru se vzduch vede do spodku desorpční kolony, takže proudí v uzavřeném okruhu. Odpadní voda se v desorpční koloně zbavuje asi 90 % čpavku a ze spodku desorpční kolony se vede do aerobně biologického dočištění. Předností způsobu DELEWA BĚSA je nízká energetická náročnost na zjištění cirkulace vzduchu desorpční kolonou a absorbérem. Nevýhodou je, že vzhledem k dobré rozpustnosti čpavku ve vodě je nutný velký průtok cirkulujícího vzduchu, oož vede k velkým rozměrům desorpční kolonyAmmonia collection is effected, for example (by DELEWA BESA method), by adding lime to the filtered waste water, which precipitates carbon dioxide as calcium carbonate in the waste water and releases the ammonia 3e from the chemical bond. Waste water with free ammonia is fed to the top of the desorption column. In the desorption column, the wastewater flows gravely through the filler with a large void space. Ammonia is blown from it by a counter-flowing air driven fan. The air containing ammonia is passed to an absorber of the same design as the desorption column, where the ammonia is absorbed from the air into a solution of a strong acid, preferably phosphoric acid, introduced at the top of the absorber. Liquid fertilizer - ammonium phosphate - and ammonia-free air emerges from below the absorber. From the top of the absorber, air is led to the bottom of the desorption column so that it flows in a closed circuit. The waste water in the desorption column is stripped of about 90% of the ammonia and from the bottom of the desorption column to the aerobic biological treatment. The advantage of the DELEWA BESA method is its low energy consumption to detect air circulation through the desorption column and absorber. The disadvantage is that due to the good solubility of ammonia in water, a large flow of circulating air is required, resulting in large desorption column dimensions.

CS 274 594 B1 a absorbéru a tím i ke značným investičním nákladům. Další nevýhodou je, že se do procesu zavádí silná kyselina, tedy chemikálie, se kterou nejsou zemčdčlci zvyklí manipulovat. Doporučená kyselina fosforečná je nedostatková. Její náhrada např. dostupnou kyselinou sírovou je nevhodná, protože při hnojení 3Íranem amonným se zakyseluje půda.CS 274 594 B1 and the absorber and thus considerable investment costs. A further disadvantage is that a strong acid, a chemical that the farmers are not used to handling, is introduced into the process. The recommended phosphoric acid is scarce. Replacing it with, for example, available sulfuric acid is unsuitable, since soil is acidified when fertilizing with ammonium sulfate.

Při jiném způsobu se vypuzuje z odpadní vody přímo uhličitan amonný. To lze provést za podmínek varu vodní parou. Odpadní voda se zavádí na vrch vypuzovací kolony a stéká kolonou dolů. Za podmínek varu se uhličitan amonný postupně rozkládá a složky, tj. oxid uhličitý a čpavek přechází do protiproudně tekoucí vodní páry. Parní směs se vede z vrchu vypuzovací kolony do obohacovací kolony, kde se v ní zvyšuje podíl kysličníku uhličitého a čpavku a snižuje podíl vody. Kapalina pro zpětný tok do obohaoovaoí kolony se získává částečnou kondenzací parní směsi v deflegmátoru. Z deflegmátoru vystupuje parní směs do kondenzátoru, kde kondenzuje tuhý uhličitan amonný. Předností způsobu je, že se do procesu jímání čpavku nezavádí žádná chemikálie.Vzhledem k vyšší těkavosti uhličitanu amonného při vypuzování vodní parou za podmínek varu oproti vypuzování čpavku vzduchem za normální teploty jsou u tohoto způsobu rozměry vypuzovací a obohacovací kolony několikanásobně menší než rozměry desorpční kolony u způsobu DELEWA BĚSA. Nevýhodou je, že na výrobu vodní páry potřebné k vypuzení uhličitanu amonného se spotřebuje množství tepla odpovídající téměř celé produkci bioplynu. Kromě toho se jako obtížný technický problém jeví i kondenzace tuhého uhličitanu amonného.In another method, ammonium carbonate is expelled directly from the waste water. This can be done under steam boiling conditions. The waste water is introduced to the top of the stripper column and flows down the column. Under boiling conditions, the ammonium carbonate gradually decomposes and the components, i.e. carbon dioxide and ammonia, pass into countercurrent flowing water vapor. The vapor mixture is passed from the top of the stripper column to an enrichment column, where the proportion of carbon dioxide and ammonia is increased and the proportion of water is reduced. The reflux liquid to the enrichment column is obtained by partial condensation of the steam mixture in the deflegmator. The steam mixture exits from the deflegmator into a condenser where solid ammonium carbonate condenses. The advantage of the method is that no chemicals are introduced into the ammonia collection process. Due to the higher volatility of the ammonium carbonate during the steam expulsion under boiling conditions compared to the ammonia air expulsion at normal temperature, the dimensions of the expulsion and enrichment column the way of DELEWA BES. A disadvantage is that the production of water vapor required to expel the ammonium carbonate consumes a quantity of heat corresponding to almost all biogas production. In addition, condensation of solid ammonium carbonate also appears to be a difficult technical problem.

Způsob jímání čpavku z odpadní vody po metanové fermentaci kejdy z exkrementů užitkových zvířat podle tohoto vynálezu zachovává výhody a do značné míry odstraňuje nevýhody předchozích způsobů. Ve způsobu jímání čpavku podle tohoto vynálezu se filtrovaná odpadní voda za odvodněním nejprve zalkalizuje na pH 10 až 12,4 pro uvolnění čpavku z chemické vazby s oxidem uhličitým. K tomu účelu je nejvhodnější levné vápno. Dále srážecí reakcí s oxidem uhličitým vzniká sraženina uhličitanu vápenatého, která se snadno usazuje a přitom strhává jemné pevné nečistoty. Odpadní voda se tak částečně mechanicky dočišíuje. Zalkalizovaná odpadní voda se ve výměníku tepla předehřeje co nejblíže k bodu varu a nastřikuje se na vrch vypuzovací kolony. Ve vypuzovací koloně se odpadní voda protiproudým způsobem uvádí do styku s vodní párou. Přitom čpavek z odpadní vody přechází do vodní páry, takže se obsah čpavku v odpadní vodě snižuje. Odpadní voda se sníženým obsahem čpavku stéká ze spodku vypuzovací kolony do vařáku, kde se jí dodává teplo a vyvíjí se vodní pára s obsahem čpavku odpovídajícím jeho těkavosti a zbytkovému obsahu v odpadní vodě, Z vařáku se odčpavkovaná odpadní voda vede do výměníku tepla, kde předá teplo odpadní vodě nastřlkované do vypuzovací kolony. Přitom se ochladí a vystupuje z procesu jímání čpavku. Je možné i jiné uspořádání, kdy se vodní pára do vypuzovací kolony vyrábí z jiné vody a odpadní voda se odvádí ze spodku vypuzovací kolony, aniž by stékala do vařáku.The method of collecting ammonia from waste water after methane fermentation of manure from animal excrements according to the invention retains the advantages and largely eliminates the disadvantages of the previous methods. In the ammonia collection process of the present invention, the filtered effluent downstream of the dewatering is first basified to a pH of 10-12.4 to release the ammonia from the chemical bond with carbon dioxide. Cheap lime is best suited for this purpose. Furthermore, by precipitation with carbon dioxide, a precipitate of calcium carbonate is formed, which settles readily while entraining fine solid impurities. The waste water is thus partially mechanically finished. The alkalized waste water is preheated in the heat exchanger as close as possible to the boiling point and injected onto the top of the stripper column. In the stripping column, the waste water is brought into contact with water vapor in a countercurrent manner. Here, the ammonia from the waste water passes into the water vapor, so that the ammonia content in the waste water is reduced. Waste water with reduced ammonia content flows from the bottom of the stripper column to the boiler, where it is supplied with heat and water vapor is produced with ammonia content corresponding to its volatility and residual content in the waste water. the heat of the waste water injected into the stripping column. It cools down and exits the ammonia collection process. Another arrangement is also possible where the water vapor to the stripping column is produced from other water and the waste water is discharged from the bottom of the stripping column without flowing into the digester.

Vypuzování volného čpavku ze zalkalizované odpadní vody je výhodnějěí než vypuzování uhličitanu amonného, protože těkavost volného čpavku je podstatně vyšší, dvou a vícenásobně podle raolového poměru oxidu uhličitého a čpavku v roztoku, podle absolutní hodnoty koncentrace a podle teploty roztoku, viz např. Nikulin, Poljakov: Destilacija v proizvodstve sody, Goschiraizdat, Leningrad 1956; Ramm V.M.: Absorpční pochody v chemickém průmyslu, str. 298-302, SNTL, Praha 1954; Ginzburg D.M.: Žurn. prikl. chim. No. 10, 2197 (1965), než těkavost čpavku nad roztokem obsahujícím čpavek chemicky vázaný oxidem uhličitým. Množství vodní páry potřebné ke snížení obsahu čpavku na zvolenou hodnotu je tedy u zalkalizované vody podstatně menší než u vody se čpavkem chemicky vázaným. Alkalizací vody se dosáhne podstatné snížení spotřeby tepla, které je třeba dodávat na vyvíjení vodní páry.The removal of free ammonia from the alkalized waste water is preferable to that of ammonium carbonate, since the volatility of free ammonia is substantially higher, two or more times according to the raolo ratio of carbon dioxide to ammonia in solution, according to absolute concentration and solution temperature. : Distillation in soda proizvodstva, Goschiraizdat, Leningrad 1956; Ramm V.M .: Absorption Processes in the Chemical Industry, pp. 298-302, SNTL, Prague 1954; Ginzburg D.M .: Journal. prikl. chim. No. 10, 2197 (1965) than the volatility of ammonia over a solution containing ammonia chemically bound by carbon dioxide. Thus, the amount of water vapor required to reduce the ammonia content to a selected value is substantially less in the alkalized water than in the case of water with chemically bound ammonia. By alkalizing the water, a significant reduction in the heat consumption to be generated for the generation of water vapor is achieved.

Odpadní voda ve vypuzovací koloně a vařáku je při teplotě asi 100 °C a může se při této teplotě sterilizovat. Dobu zdržení odpadní vody ve vařáku lze upravit podleThe waste water in the stripper column and the digester is at a temperature of about 100 ° C and can be sterilized at this temperature. The residence time of the wastewater in the digester can be adjusted accordingly

CS 274 594 BI průtoku odpadní vody vařákem a požadavku hygienika na dobu potřebnou ke sterilizaci volbou vhodného objemu vařáku.CS 274 594 BI the wastewater flow rate through the digester and the hygienist's requirement for sterilization time by selecting the appropriate digester volume.

Vodní pára se čpavkem z vrchu vypuzovací kolony vstupuje do obohacovací kolony, kde se při protiproudem styku se zpětným tokem obohacuje čpavkem. 2 vrchu obohacovací kolony se vede parní směs do kondensátoru, kde úplně zkondenzuje na čpavkovou vodu. Část čpavkové vody se vrací na vrch obohacovací kolony a vytváří zpětný tok. Ostatní čpavková voda se vede k dalšímu zpracování. Teplo uvolněné kondenzací parní směsi v kondenzátoru představuje podstatnou část tepla dodávaného do vařáku. Toto množství tepla s určitou rezervou odpovídá teplu, které se musí bez ohledu na způsob jímáni čpavku dodávat do fermentoru k udržování optimální teploty metanové fermentace. Kondenzačním teplem páry lze proto s výhodou vyhřívat obsah fermentoru, takže snížení obsahu čpavku z odpadní vody vypuzováním vodní parou se provede z hlediska spotřeby tepla z větší části zadarmo.The water vapor with ammonia from the top of the stripping column enters the enrichment column, where it is enriched with ammonia in countercurrent contact with the return stream. At the top of the enrichment column, the steam mixture is fed to a condenser where it condenses completely to ammonia water. Some of the ammonia water is returned to the top of the enrichment column to form a reflux. The other ammonia water is fed to further processing. The heat released by condensation of the steam mixture in the condenser represents a substantial part of the heat supplied to the digester. This amount of heat with a certain reserve corresponds to the heat which, irrespective of the ammonia collection method, must be supplied to the fermenter to maintain the optimum temperature of the methane fermentation. The condensation heat of the steam can therefore advantageously heat the fermenter content, so that the reduction of the ammonia content of the waste water by steam expulsion is largely free of charge in terms of heat consumption.

Produktem z vypuzovací popř. obohacovací kolony je vedle odčpavkované odpadní vody koncentrovaná čpavková voda. Čpavková voda je k přímému hnojení nevhodná, protože při je- , jím použití dochází ke značným ztrátám čpavku do atmosféry. Čpavek obsažený ve čpavkové vodě lze snadno chemicky vázat přidáním silné kyseliny. Vznikne tak roztok kapalného dusíkatého hnojivá obsahujícího vedle amonných iontů ionty příslušné kyseliny. Takový způsob má však nevýhody zmíněné při popisu technologie DELEWA BĚSA. Do procesu se zavádí chemikálie, se kterou nejsou zemědělci zvyklí manipulovat a kromě toho vhodná kyselina fosforečná je nedostatková a z dovozu a ionty dostupné kyseliny sírové zakyselují půdu. V technologii zpracování kejdy je však k dispozici jiná kyselá složka, a to oxid uhličitý obsažený v bioplynu. Ten se využívá ve způsobu jímání čpavku podle tohoto vynálezu tak, že se v absorbéru uvádí do styku čpavková voda s bioplynem. V absorbéru probíhá chemická reakce, při které oxid uhličitý z bioplynu přechází do čpavkové vody a chemicky váže čpavek. Při reakci mezi čpavkem a oxidem uhličitým se uvolňuje teplo. Uvolněné teplo se z absorbéru odebírá chlazením, aby se kapalná fáze udržovala při teplotě okolo 20 °C nebo nižší. Se vzrůstající teplotou totiž narůstá tenze čpavku nad roztokem a do bioplynu by přecházela nezanedbatelná část čpavku. Z absorbéru vystupuje jako kapalná fáze koncentrovaný roztok čpavku vázaného oxidem uhličitým - směs normálního a kyselého uhličitanu amonného. Tenze čpavku nad roztokem s molovým poměrem oxidu uhličitého a čpavku 0,7 až 0,8 při teplotě okolo 20 °C je asi 20 až 30krát menši než nad čpavkovou vodou se stejným obsahem čpavku. Jako plynná fáze vystupuje z absorbéru bioplyn zbavený části oxidu uhličitého a zbavený kyselých sloučenin síry, obsahující však malé množství čpavku, do 0,3 %. Pokud je to nutné, lze bioplyn zbavit příměsi čpavku v dalším absorbéru, kde se bioplyn uvede do styku buď s čistou nebo oděpavkovanou odpadní vodou. Ke zkrápěni absorbéru stačí jen malé množství vody, řádově asi 1 % průtoku odpadní vody. Jako alternativní zdroj oxidu uhličitého lze v absorbéru použít místo bioplynu i spaliny vznikající spalováním bioplynu např. při ohřevu vařáku.The product of ejection or. The enrichment column is concentrated ammonia water next to the effluent to be discharged. Ammonia water is unsuitable for direct fertilization because of its considerable losses of ammonia to the atmosphere. The ammonia contained in the ammonia water can be easily chemically bound by the addition of a strong acid. This results in a liquid nitrogen fertilizer solution containing, in addition to ammonium ions, the corresponding acid ions. However, such a method has the disadvantages mentioned in the description of DELEWA BESA technology. The process introduces a chemical that farmers are not accustomed to handling and, in addition, a suitable phosphoric acid is scarce and from the imported ions and available sulfuric acid acidify the soil. In slurry technology, however, another acidic component is available, namely the carbon dioxide contained in the biogas. This is used in the ammonia collection process of the present invention by contacting ammonia water with biogas in an absorber. A chemical reaction takes place in the absorber, during which the carbon dioxide from the biogas passes into the ammonia water and chemically binds the ammonia. The reaction between ammonia and carbon dioxide releases heat. The heat released is removed from the absorber by cooling to maintain the liquid phase at a temperature of about 20 ° C or less. As the temperature rises, the ammonia pressure above the solution increases and a significant amount of ammonia would pass into the biogas. A concentrated solution of ammonia bound ammonia - a mixture of normal and acid ammonium carbonate - emerges from the absorber as a liquid phase. The ammonia pressure above the solution having a molar ratio of carbon dioxide to ammonia of 0.7 to 0.8 at a temperature of about 20 ° C is about 20 to 30 times less than above the ammonia water with the same ammonia content. As the gas phase, biogas devoid of part of the carbon dioxide and devoid of acid sulfur compounds, but containing a small amount of ammonia, exits up to 0.3%. If necessary, the biogas can be stripped of ammonia in another absorber, where the biogas is contacted with either clean or stripped waste water. Only a small amount of water, on the order of about 1% of the waste water flow, is sufficient to spray the absorber. As an alternative source of carbon dioxide, flue gases resulting from the combustion of biogas can be used in the absorber instead of biogas, for example when the boiler is heated.

Účinky dosažitelné způsobem jímání čpavku z odpadní vody po metanové fermentaci kejdy z exkrementů užitkových zvířat podle tohoto vynálezu jsou:The effects obtainable by the method of collecting ammonia from waste water after methane fermentation of manure from animal excrements according to the invention are:

1. Snížení investičních nákladů. Vypuzovací a obohacovací kolona ve způsobu podle tohoto vynálezu má asi 20krát menší objem než desorpční kolona ve způsobu DELEWA BĚSA a asi 2,5krát menší objem než totéž zařízení u způsobu s vypu20váním uhličitanu amonného. Absorbér ve způsobu podle tohoto vynálezu mé asi 200krát menší objem než absorbér u způsobu DELEWA HESA. Jedná se o velmi malé a technicky velmi jednoduché zařízení.1. Reduction of investment costs. The stripping and enrichment column in the process of the present invention has about 20 times less volume than the desorption column in the DELEWA BESA process and about 2.5 times less volume than the same device in the ammonium carbonate discharge process. The absorber in the process of the present invention has about 200 times less volume than the absorber in the DELEWA HESA process. This is a very small and technically very simple device.

2. Vypuzování čpavku ze zalkalizované odpadní vody vodní parou, jeho zakoncentrování a stabilizace oxidem uhličitým jsou podstatně méně náročné na spotřebu energie než vypuzování uhličitanu amonného. Na jímání čpavku a vyhřívání fermentoru podle tohoto způsobu se spotřebuje 40 až 50 % bioplynu vznikajícího ve fermentoru. V porovnání s tím je u energeticky nejvýhodnějšího způsobu DELEWA BĚSA spotřeba 40 % bioplynu, navíc je třeba do procesu dodávat silnou kyselinu.2. Vapor depletion of ammonia from alkalized waste water, concentration and stabilization with carbon dioxide are considerably less energy-intensive than expulsion of ammonium carbonate. 40-50% of the biogas produced in the fermenter is consumed to collect the ammonia and heat the fermenter according to this method. In comparison, DELEWA BĚSA's most energy-efficient method consumes 40% of biogas, and it is also necessary to supply strong acid to the process.

CS 274 594 B1CS 274 594 B1

3. Získává se mnohonásobně stabilnější amonné hnojivo než je čpavková voda bez dodávání silné kyseliny.3. A much more stable ammonium fertilizer is obtained than ammonia water without the supply of strong acid.

4. Bioplyn se zbavuje významného podílu zbytečné příměsi oxidu uhličitého a přitom se odsíří. Tím se zvyšuje jeho užitná hodnota.4. Biogas is freed from a significant proportion of unnecessary carbon dioxide while desulphurizing. This increases its utility value.

5. Odpadní voda se varem ve vařáku vypuzovací kolony sterilizuje a může se použít jako užitková ke splachování stájí bez obav ze šíření infekčních chorob. Vzniká tak zcela bezodpadová technologie zpracování kejdy.5. Waste water is sterilized by boiling in the stripper column boil and can be used as a flushing stable without fear of spreading infectious diseases. This creates a completely waste-free slurry processing technology.

6. Je pravděpodobné, že ke splachování stájí by se mohla použít oděpavkovaná voda vystupující z procesu jímání čpavku bez aerobně biologického dočištění. To by představovalo další významné snížení zejména investičních nákladů, protože by odpadla investičně náročná stavba aerobně biologické čističky.6. It is likely that flushed water leaving the ammonia collection process without aerobic biological treatment could be used to flush the stables. This would represent a further significant reduction in investment costs in particular, as the investment-intensive construction of an aerobic biological treatment plant would be eliminated.

Podstatou vynálezu je způsob jímání čpavku z odpadní vody po metanové fermentaci kejdy z exkrementů užitkových zvířat. Odpadní voda vzniklá oddělením tuhého podílu z kejdy po metanové fermentaci se nejprve zalkalizuje, ve výměníku tepla se předehřeje a vede se na vrch vypuzovací kolony. Ve vypuzovací koloně se vypuzuje čpavek ze zalkalizované odpadní vody protiproudým stykem s vodní parou. Odpadní voda se sníženým obsahem čpavku z vypuzovací kolony stéká do vařáku, kde se z ní vyvíjí pára pro vypuzování čpavku. Z vařáku se odpadní voda se sníženým obsahem čpavku odvádí přes výměník tepla, ve kterém předá teplo odpadní vodě nastřikované na vrch vypuzovací kolony a vystupuje z procesu jímání čpavku. Odpadní voda se sníženým obsahem čpavku se může také odvádět z procesu, aniž by vstupovala do vařáku. V tom případě se vodní pára na vypuzování čpavku přivádí z jiného zdroje. Směs vodní páry se čpavkem z vrchu vypuzovací kolony se vede přes obohacovací kolonu do kondenzátoru. V obohacovací koloně se ve směsi vodní páry a čpavku při protiproudém styku se zpětným tokem tvořenýui částí čpavkové vody z kondenzátoru zvyšuje obsah čpavku. V kondenzátoru směs vodní páry a čpavku kondenzuje za vzniku čpavkové vody. Část čpavkové vody se vrací jako zpětný tok do obohacovací kolony a zbývající část se vede do absor béru, kde se uvádí do styku s plynem obsahujícím oxid uhličitý. Tímto plynem může být buď bioplyn nebo spaliny vzniklé spalováním bioplynu. Kysličník uhličitý přechází do roztoku a chemicky se váže se čpavkem. Z absorbéru vystupuje roztok čpavku chemicky vázaného oxidem uhličitým a plyn se sníženým obsahem oxidu uhličitého. Teplem uvolňovaným při kondenzaci směsi vodní páry a čpavku v kondenzátoru se vyhřívá obsah fermentoru. Pokud je žádoucí vracet vyčištěnou odpadní vodu jako užitkovou ke splachování stájí, volí se provedení vařáku takové, aby se v něm odpadní voda zdržela po dobu potřebnou k její sterilizaciThe present invention provides a method for collecting ammonia from waste water after methane fermentation of manure from animal excrements. The waste water produced by separating the solids from the slurry after the methane fermentation is first basified, preheated in a heat exchanger and passed to the top of the stripping column. In the stripping column, ammonia is expelled from the basified waste water by countercurrent contact with water vapor. Waste water with a reduced ammonia content flows from the stripper column to the digester, where it generates the ammonia stripper vapor. The ammonia-reduced effluent is removed from the digester via a heat exchanger in which it transfers heat to the effluent injected onto the top of the stripper column and exits the ammonia collection process. The ammonia-reduced waste water can also be discharged from the process without entering the digester. In this case, the water vapor for the ammonia expulsion is supplied from another source. The water vapor / ammonia mixture from the top of the stripper column is passed through an enrichment column to a condenser. In the enrichment column, the ammonia content increases in the mixture of water vapor and ammonia in countercurrent contact with the return flow formed by a part of the ammonia water from the condenser. In the condenser, the mixture of water vapor and ammonia condenses to form ammonia water. Part of the ammonia water is returned as a backflow to the enrichment column and the remaining part is passed to the absorber where it is contacted with the carbon dioxide-containing gas. The gas may be either biogas or flue gas resulting from the combustion of biogas. Carbon dioxide goes into solution and chemically binds with ammonia. From the absorber emerges a solution of ammonia chemically bound with carbon dioxide and a gas with reduced carbon dioxide content. The heat released by the condensation of the water vapor / ammonia mixture in the condenser heats the fermenter content. If it is desirable to return purified waste water as a utility for flushing the stables, the design of the digester is chosen such that the waste water is held in the waste water for the time necessary for its sterilization

Jako příklad jsou uvedeny parametry procesu jímání čpavku podle tohoto vynálezu z odpadní vody po metanové fermentaci kejdy z velkochovu vepřů.By way of example, the process parameters for collecting the ammonia according to the invention from waste water after methane fermentation of pig manure from large pigs are given.

Při metanové fermentaci se ve fermentoru z 1 t kejdy s 8 % sušiny uvolní 13,3 m\ tj. asi '3,5 kg, bioplynu s energií 300 MJ (83,6 kWh). V pásovém lisu se z kejdy získá kompost s obsahem 30 % sušiny v množství 0,267 t a 0,720 t odpadní vody, která sc vede do procesu jímání čpavku. Obsah čpavku je 2 g na 1 kg odpadní vody. Odpadní voda zatkalizovaná přídavkem vápna v množství 3,3 kg čistého oxidu vápenatého na 1 t zpracovávané kejdy se předehřívá ve výměníku tepla na 92 °C a vstupuje do vypuzovací kolony. Na snížení obsahu čpavku ze y g na 0,2 g v 1 kg odpadní vody při hodnotě relativní těkavosti čpavku vůči vodě 21 (Perry R. H., Chilton C. H.: Chemical Engineer^zs Handbook, jth Ed., str.In the methane fermentation, 13.3 m @ 3, i.e. about 3.5 kg, of biogas with an energy of 300 MJ (83.6 kWh) are released from the 1 tonne slurry with 8% dry matter. In a belt press, compost is obtained from slurry with a content of 30% dry matter in an amount of 0.267 t and 0.720 t of waste water, which leads to a process for collecting ammonia. The ammonia content is 2 g per kg of waste water. Waste water turbidified by the addition of lime in the amount of 3.3 kg of pure calcium oxide per tonne of treated slurry is preheated in a heat exchanger to 92 ° C and enters the stripping column. To reduce the ammonia content from yg to 0.2 g in 1 kg wastewater at a relative ammonia to water 21 value (Perry RH, Chilton CH: Chemical Engineer ^of Handbook, Jth Ed., P.

3-67, 68) je minimální teoretický poměr průtoku páry vystupující z vrchu vypuzovací kolony k množství nastřikované kapaliny 0,0448.3-67, 68), the minimum theoretical ratio of steam flow from the top of the stripper column to the amount of liquid feed is 0.0448.

Skutečný poměr se volí jako 1,3 násobek minimálního. Potom z vrchu vypuzovací kolony vystu puje 41,9 kg páry obsahující 1,3 čpavku, to vše na 1 t zpracovávané kejdy. Na její tvorbu se do vařáku dodalo 94,7 MJ (26,7 kWh) tepla. Odpadní voda se ve vypuzovací. koloně ohřeje z 9? °C na 100 °C. Na tento ohřev je třeba dodat do vařáku 24,1 MJ (6,7 kiVh) tepla na i t zpracovávané kejdy. Ve vařáku se tedy musí odpadní vodě z 1 t kejdy dodat '18,8 MJ (33 kWh tepla. Toto teplo se získává spalováním bioplynu. Při účinnosti využití tepla obsaženéhoThe actual ratio is chosen as 1.3 times the minimum. Then, 41.9 kg of steam containing 1.3 ammonia is produced from the top of the stripper, all per 1 ton of manure to be treated. 94.7 MJ (26.7 kWh) of heat was supplied to the boiler for its production. Waste water is in the stripper. column heated from 9? ° C to 100 ° C. For this heating, 24.1 MJ (6.7 kiVh) of heat per liter of slurry to be treated should be added to the digester. Therefore, 18.8 MJ (33 kWh of heat) must be supplied to the wastewater from 1 tonne of slurry in the digester. This heat is obtained by the combustion of biogas.

CS 274 594 B1 v bioplynu spalováním z 81,5 % je třeba spalovat bioplyn s energií 145,8 MJ (40,5 kWh).CS 274 594 B1 in biogas by combustion of 81.5% it is necessary to burn biogas with energy 145.8 MJ (40.5 kWh).

To znamená, že se na odčpavkování spotřebuje 48,6 % produkovaného bioplynu. Páry z vrchu vypuzovací kolony se vedou do obohacovací kolony, kde se zvýší obsah čpavku ze 31 na 80 g na 1 kg parní směsi. V kondenzátoru parní směs úplně zkondenzuje. Vznikne čpavková voda s obsahem 80 g čpavku na 1 kg čpavkové vody nebo jinak 16,5 % čpavková voda v obvyklejším způsobu vyjádření vztaženém na NH^OH. Přitom se uvolní množství tepla zhruba odpovídající teplu, které se dodalo do vařáku na tvorbu par vystupujících z vrchu vypuzovací kolony, tj. 94,7 MJ (26,3 kWh) na 1 t zpracovávané kejdy. Toto teplo se v kondenzátoru předá chladicí vodě, která proudí v uzavřeném okruhu a prostřednictvím výměníku tepla vyhřívá obsah fermentoru. K vyhřívání fermentoru je na zpracování 1 t kejdy dodávat 73,6 MJ (20,5 kWh) tepla. Účinnost využití tepla v teplosměnném systému kondenzátor - fermentor je 77 %· Počátek bodu varu čpavkové vody je při obvyklém barometrickém tlaku 72 až 73 °C a rosný bod parní směsi vstupující do kondenzátoru je 97 až 98 °C.This means that 48.6% of the biogas produced is consumed. The vapors from the top of the stripping column are fed to an enrichment column where the ammonia content is increased from 31 to 80 g per kg of steam mixture. The condenser in the condenser completely condenses. Ammonia water is formed containing 80 g of ammonia per kg of ammonia water or otherwise 16.5% ammonia water in the more conventional NH 4 OH expression pattern. This releases an amount of heat roughly equivalent to the heat supplied to the vapor generator leaving the top of the stripper column, i.e. 94.7 MJ (26.3 kWh) per tonne of manure to be treated. This heat is transferred to the condenser by cooling water, which flows in a closed circuit and heats the fermenter contents through a heat exchanger. 73.6 MJ (20.5 kWh) of heat is supplied to heat the fermenter to treat 1 tonne of manure. The heat recovery efficiency of the condenser-fermenter heat exchange system is 77%. The start of the boiling point of ammonia water at a typical barometric pressure is 72 to 73 ° C and the dew point of the steam mixture entering the condenser is 97 to 98 ° C.

Z kondenzátoru se odebírá 16,2 kg 16,5 % čpavkové vody s 1,3 kg čpavku na 1 t zpracovávané kejdy. Čpavková voda se vede do absorbéru, kde se uvádí do styku s bioplynem.16.2 kg of 16.5% ammonia water are taken from the condenser with 1.3 kg of ammonia per 1 ton of treated slurry. The ammonia water is fed to an absorber where it is contacted with biogas.

V absorbéru zreaguje čpavek obsažený ve čpavkové vodě s kysličníkem uhličitým na kapalné hnojivo obsahující oxid uhličitý a čpavek v molovém poměru 0,8. Hmotnost kapalného hnojivá vystupujícího z absorbéru je 18,9 kg na 1 t zpracovávané kejdy. Absorbér je navržen tak, že může zpracovávat jak celou produkci bioplynu z fermentoru, tak i jen Část bioplynu představující produkt z technologie zpracování kejdy. V prvním případě se sníží obsah oxidu uhličitého v bioplynu ze 35 % o 33 % relativních na 26,5 % a v druhém případě o 64 % relativních na 16,3 %· V obou případech se bioplyn zbaví kyselých sloučenin siry.In the absorber, the ammonia contained in the ammonia water with carbon dioxide reacts to a liquid fertilizer containing carbon dioxide and ammonia in a molar ratio of 0.8. The weight of liquid fertilizer emerging from the absorber is 18.9 kg per 1 ton of treated manure. The absorber is designed to process both the entire biogas production from the fermenter and only a portion of the biogas representing the product from the slurry technology. In the first case, the carbon dioxide content of the biogas is reduced from 35% by 33% relative to 26.5% and in the second case by 64% relative to 16.3%. · In both cases, the biogas is freed from acidic sulfur compounds.

Ve velkochovu 20000 ks vepřů se produkuje 100 nP kejdy s výše uvedenými parametry denně. Jejím zpracováním s použitím způsobu jímání čpavku podle tohoto vynálezu se denně získá 26,7 t kompostu, bioplyn s výhřevnou hodnotou 15,4 OJ (4,3 MWh), 1,9 t kapalného hnojivá s obsahem 130 kg čistého čpavku a 70 nP vyčištěné a sterilizované užitkové vody. Do technologie je třeba dodat 330 kg kysličníku vápenatého ve formě páleného nebo hašeného vápna. Tato přísada se získá zpět ve formě uhličitanu vápenatého.In a farm of 20,000 pigs, 100 nP slurry is produced with the above parameters daily. Treatment with the ammonia collection method of the present invention yields 26.7 t of compost daily, biogas with a heating value of 15.4 OJ (4.3 MWh), 1.9 t of liquid fertilizer containing 130 kg of pure ammonia and 70 nP of purified and sterilized process water. 330 kg of calcium oxide in the form of quicklime or slaked lime should be added to the technology. This additive is recovered in the form of calcium carbonate.

Objem vypuzovací kolony se svislou rovinnou vestavbou z tahokovu a obohacovací kolony s patrovou vestavbou společně avšak bez vařáku je 1,5 nD a investiční náklady jsou asi 200 tis. Kčs. Objem absorbéru je 0,1 nP a investiční náklady asi 20 tis. Kčs. Pro dobu sterilizace odpadní vody 20 minut při teplotě 100 °C je potřebný objem části vařáku zaplněné kapalinou 1 m\ Investiční náklady na jímání čpavku celkem jsou asi 1 mil. Kčs.The volume of the stripping column with vertical planar insert made of expanded metal and the enrichment column with a bunk insert together but without the digester is 1.5 nD and the investment costs are about 200 thousand. Kčs. The volume of the absorber is 0.1 nP and the investment costs about 20 ths. Kčs. For the waste water sterilization time of 20 minutes at 100 ° C, the volume of the liquid-filled portion of the digester is 1 m \. The total cost of ammonia collection is about 1 million Kcs.

U srovnatelné technologie DELEWA BĚSA se získává stejné množství kompostu, čistého čpavku ve formě soli kyseliny fosforečné a uhličitanu vápenatého. Získává se větší množství bioplynu s výhřevnou hodnotou 18 GJ (5 MWh) denně. Vyčištěná voda z technologie zpracování kejdy není sterilizována a nemůže se znovu použít ke splachování. Do technologie se navíc denně dodává asi 375 kg kyseliny fosforečné, která se získává zpět ve formě kapalného hnojivá. Objem desorpční kolony je 30 m\ objem absorbéru 20 nP a investiční náklady na část jímání čpavku jsou asi 2,4 mil. devizových Kčs.The same DELEWA BESA technology produces the same amount of compost, pure ammonia in the form of a phosphoric acid salt and calcium carbonate. Larger amounts of biogas are obtained with a calorific value of 18 GJ (5 MWh) per day. Purified water from slurry processing technology is not sterilized and cannot be reused for flushing. In addition, about 375 kg of phosphoric acid, which is recovered in the form of liquid fertilizer, are added daily to the technology. The desorption column volume is 30 m < 3 > nP absorber volume and the investment cost for the ammonia collection part is about 2.4 million foreign exchange.

Claims

1. A method for collecting ammonia from waste water after methane fermentation of manure from animal excrements, characterized in that the waste water is basified to a pH of 10-12.4, and is passed to a treatment stage in which ammonia is expelled in countercurrent contact with water vapor , the next step is to heat the water to produce ammonia ejection, and / or the ammonia-reduced effluent is discharged from the process, the water with ammonia being passed to another stage where heat is removed from the process, so that it condenses to ammonia water and the ammonia water is passed to the next stage where it is contacted with the carbon dioxide-containing gas.

2. The method for collecting ammonia according to claim 1, characterized in that the alkaline waste water is preheated by a waste water with a reduced ammonia content leaving the process.

3. Ammonia collection method according to claim 1, characterized in that the water vapor with ammonia is brought into countercurrent contact with the return flow formed by a part of the condensed ammonia water.

4. The method of collecting ammonia according to claim 1, characterized in that the heat removed during the condensation of the water vapor with the ammonia to the ammonia water is heated by ferraent slurry.

5. A method according to claim 1, wherein biogas is used as the carbon dioxide-containing gas.

6. A method according to claim 1, characterized in that the flue gas produced by the combustion of biogas is used as the carbon dioxide-containing gas.