RU2020131C1

RU2020131C1 - Plant for utilization of wastes of noncommercial pig farm

Info

Publication number: RU2020131C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Тумченок
Original assignee: Акционерное общество "Завод отопительного оборудования"
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: agricultural engineering. SUBSTANCE: plant has successively arranged sealed chambers of acid, alkali and methane fermentation with solid-phase fermenter located on plant roofing, and liquid-phase fermenter in form of alternating blowing and reaction hollows arranged concentrically to said chambers. Through above hollows, mud water passes from top to bottom, and air passes from bottom upward. Methane fermentation chamber is operated in same manner. Alkali fermentation chamber is made with false bottom and collector of mud water. EFFECT: higher disintegration of ashless organic matter and increased methane content of biogas (its higher calorific value) due to use of separate acid, alkali and methane fermentation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к утилизации отходов продуктов жизнедеятельности свиней и может быть использовано на нетоварных свинофермах предприятий, организаций. The invention relates to the disposal of waste products of pig activity and can be used on non-commodity pig farms of enterprises and organizations.

Известна установка утилизации отходов, содержащая корпус, в котором размещены последовательно снизу вверх камеры кислого и метанового брожения, а также патрубки подвода и отвода сред, энергосберегающая теплообменная аппаратура, в которой невысокий выход биогаза и его калорийность. A known installation of waste management, comprising a housing in which acid and methane fermentation chambers are arranged sequentially from bottom to top, as well as medium inlet and outlet pipes, energy-saving heat exchange equipment in which the biogas yield is low and its calorific value.

Цель изобретения - повышение выхода биогаза и его калорийности, которая достигается тем, что между камерами кислого и метанового брожения смонтированы камера щелочного брожения, при этом сверху камеры метанового брожения смонтирован твердофазный ферментер, а концентрично камерам - жидкофазный. The purpose of the invention is to increase the biogas yield and its caloric content, which is achieved by the fact that between the chambers of acidic and methane fermentation an alkaline fermentation chamber is mounted, while a solid-phase fermenter is mounted on top of the methane fermentation chamber, and a liquid-phase fermenter is mounted concentrically.

Отходы продуктов жизнедеятельности свиней содержат жиры, белки, углеводы, в распаде которых принимают различные популяции бактерий, между которыми проявляется антагонизм. Молочно- и маслянокислые бактерии в результате своей жизнедеятельности образуют жирные кислоты и спирты, которые угнетают жизнедеятельность метаногенов. При гидролитическом разложении белка
белки + H₂O ___→ 2CH₄+CO₂+

, образуется аммиак, который при растворении в воде
NH₃+H₂O ___→ (NH₄)OH дает гидрат окиси аммония и
NH₃+CO₂+H₂O ___→ (NH₄)HCO₃ - двууглекислый аммоний, которые создают слабощелочную реакцию, угнетающую жизнедеятельность бактерий кислого брожения. В результате антагонизма степень распада беззольного органического вещества не превышает 5-50%, выход биогаза с 1 кг беззольного органического вещества 0,6-0,8 кг, а содержание метана в биогазе 65-70%, т.е. низкая калорийность. Жизнедеятельность бактерий, разлагающих беззольное органическое вещество отходов жизнедеятельности свиней, требует стабильных температурных условий, т. е. колебания температуры не должны превышать 1^оС в сутки и она обеспечивается применением биологических процессов твердофазных и жидкофазных ферментеров, процесс в которых протекают с выделением тепла.The waste products of pig livelihoods contain fats, proteins, carbohydrates, in the decay of which various bacterial populations take place, between which antagonism is manifested. Lactic and butyric acid bacteria form fatty acids and alcohols as a result of their vital activity, which inhibit the vital activity of methanogens. With hydrolytic decomposition of protein
proteins + H ₂ O ___ → 2CH ₄ + CO ₂ +

ammonia is formed, which when dissolved in water
NH ₃ + H ₂ O ___ → (NH ₄ ) OH gives ammonium oxide hydrate and
NH ₃ + CO ₂ + H ₂ O ___ → (NH ₄ ) HCO ₃ - ammonium bicarbonate, which create a slightly alkaline reaction that inhibits the vital activity of acidic fermentation bacteria. As a result of antagonism, the degree of decomposition of ashless organic matter does not exceed 5-50%, the biogas yield from 1 kg of ashless organic matter is 0.6-0.8 kg, and the methane content in biogas is 65-70%, i.e. low calorie content. The vital activity of bacteria which decompose ashless organic matter of swine waste requires stable temperature conditions, ie. E. Temperature fluctuations must not exceed 1 ^{° C} per day and it is provided by the use of biological processes of solid-phase and liquid-phase fermenters, a process in which a flow of heat.

На чертеже представлен продольный разрез установки, содержащей корпус 1, в котором размещены последовательно снизу вверх камеры 2 и 3 кислого и метанового брожения, а также патрубки 4-18 подвода и отвода сред, энергосберегающая теплообменная аппаратура. Между камерами кислого и метанового брожения смонтирована камера 19 щелочного брожения, при этом сверху камеры 3 метанового брожения смонтирован твердофазный ферментер 20, а концентрично камерам 2, 3, 19 - жидкофазный 21. Камера 19 щелочного брожения выполнена с перфорированным днищем 22, под которым размещен сборник 23 иловой воды. Камера 3 метанового брожения выполнена в виде чередующихся дутьевых 24 и реакторных 25 секций с перфорированной перегородкой 26 между ними, причем реакторные секции 25 сообщены друг с другом переливными трубами 27. Жидкофазный ферментер выполнен с дутьевыми 28 и реакторными 29 секциями с перфорированным днищем 30. Реакторные секции 29 сообщены между собой переливными трубами 31. Твердофазный ферментер 20 размещен на сплошной перегородке 32 камеры 3 метанового брожения и сообщен перфорированной перегородкой 33 с реакторной секцией 29 жидкофазного ферментера 21 и выполнен с перфорированными каналами 34. Приемная камера 53 выполнена с регенеративной полостью 36. Камера кислого брожения 2 выполнена с перемешивающими устройствами 37, а камера 19 щелочного брожения с патрубком 38 отвода шлама. The drawing shows a longitudinal section of an installation containing a housing 1, in which chambers 2 and 3 of acidic and methane fermentation are arranged sequentially from bottom to top, as well as nozzles 4-18 for supplying and discharging media, energy-saving heat-exchange equipment. An alkaline fermentation chamber 19 is mounted between the acid and methane fermentation chambers, while a solid-phase fermenter 20 is mounted on top of the methane fermentation chamber 3, and a liquid-phase 21 is concentric with the chambers 2, 3, 19. The alkaline fermentation chamber 19 is made with a perforated bottom 22, under which the collection is placed 23 silt water. The methane fermentation chamber 3 is made in the form of alternating blasting 24 and reactor 25 sections with a perforated baffle 26 between them, and the reactor sections 25 are connected to each other by overflow pipes 27. The liquid-phase fermenter is made with blasting 28 and reactor 29 sections with a perforated bottom 30. Reactor sections 29 are interconnected by overflow pipes 31. The solid-phase fermenter 20 is placed on a continuous baffle 32 of the methane fermentation chamber 3 and is communicated by a perforated baffle 33 with the reactor section 29 of the liquid-phase fermentation the mentor 21 and is made with perforated channels 34. The receiving chamber 53 is made with a regenerative cavity 36. The acidic fermentation chamber 2 is made with mixing devices 37, and the alkaline fermentation chamber 19 with the sludge outlet 38.

Установка безотходной утилизации отходов нетоварной свинофермы работает следующим образом. Installation of waste-free recycling of non-commercial pig farm works as follows.

Продукты жизнедеятельности свиней, поступающие гидросмывом и гидросплавом, измельчают до размеров, сопоставимых с размерами бактерий, нагревают до температуры 32-38^оС из приемной камеры 35 по патрубку 15 направляют в камеру 2 кислого брожения, в которой при перемешивании устройствами 37 происходит распад жиров, частично белка и в незначительной степени углеводов. Субстрат через патрубки 9 и 6 поступает в камеру 19 щелочного брожения для распада углеводов и дополнительного распада жиров и белков. Иловая вода из камеры 19 щелочного брожения отводят через перфорированное днище 22 в сборник 23 и через патрубки 16 и 4 - в реакторную полость 25 камеры метанового брожения 3. Из камеры 2 кислого брожения по патрубку 20 и камеры 19 щелочного брожения по патрубку 7 отводят биогаз, который нагнетают по патрубку 5 в дутьевую секцию 24 камеры 3 метанового брожения. На перфорированных перегородках 26 в присутствии зернистой насадки для иммобилизации микроорганизмов-деструкторов происходит восстановление диоксида углерода в метан с использованием водорода в качестве катализатора, причем часть водорода образуется при ферментном разложении воды на водород и кислород и последний окисляет сероводород до органической серы, являющейся биогенным элементом питания для метаногенов. Иловая вода последовательно проходит по переливным трубам 27 сверху вниз, а биогаз снизу вверх и отводится по патрубку 18. Такое разобщение процессов распада беззольного органического вещества позволяет увеличить степень его распада с 5-50 до 90-95%, содержание метана в биогазе доводить с 65-70 до 95-98%, повышать выход биогаза с 1 кг беззольного органического вещества с 0,6-0,8 кг до 1,3-1,5 кг за счет ферментного разложения воды и сократить время брожения с нескольких суток до нескольких часов.The pig’s livelihoods, supplied by hydro-wash and hydro-alloy, are crushed to sizes comparable to the sizes of bacteria, heated to a temperature of 32-38 ^о С from the receiving chamber 35 through the pipe 15 and sent to the acid fermentation chamber 2, in which fat is decomposed by mixing devices 37, partially protein and slightly carbohydrates. The substrate through the nozzles 9 and 6 enters the alkaline fermentation chamber 19 for the breakdown of carbohydrates and the additional breakdown of fats and proteins. Sludge water is discharged from the alkaline fermentation chamber 19 through the perforated bottom 22 to the collector 23 and through the nozzles 16 and 4 to the reactor cavity 25 of the methane fermentation chamber 3. Biogas is removed from the acid fermentation chamber 2 through the nozzle 20 and the alkaline fermentation chamber 19 through the nozzle 7, which is pumped through the pipe 5 into the blowing section 24 of the chamber 3 of methane fermentation. On the perforated partitions 26 in the presence of a granular nozzle to immobilize the microorganisms-destructors, carbon dioxide is reduced to methane using hydrogen as a catalyst, and some of the hydrogen is formed by the enzymatic decomposition of water into hydrogen and oxygen, and the latter oxidizes hydrogen sulfide to organic sulfur, which is a biogenic nutrient element for methanogens. Silt water sequentially passes through overflow pipes 27 from top to bottom, and biogas from bottom to top and is discharged through pipe 18. Such a separation of the decay processes of ashless organic matter can increase its degree of decomposition from 5-50 to 90-95%, the methane content in biogas can be increased from 65 -70 to 95-98%, increase the biogas yield from 1 kg of ashless organic matter from 0.6-0.8 kg to 1.3-1.5 kg due to the enzymatic decomposition of water and reduce the fermentation time from several days to several hours .

Иловая вода из камеры 3 метанового брожения содержит биогенные элементы питания для аэробных микроорганизмов (углерод, азот, фосфор, микроэлементы, витамины и т.д.). Ее отбирают из реакторной секции 25 камеры 3 метанового брожения и по патрубку 17 вводят в реакторную секцию 29 жидкофазного ферментера 21, а через патрубок 11 и дутьевую секцию 28 вдувают воздух и при барботировании на перфорированной перегородке 30 в присутствии зернистой насадки для иммобилизации микроорганизмов-деструкторов происходит наращивание биомассы аэробов. Субстрат со взвешенными в нем микроорганизмами перемещается сверху вниз по переливным трубам 31 и отводится через патрубок 10 на микрофильтр для отделения биомассы. Отработанный воздух из ферментера 21 поступает в перфорированные каналы 34 твердофазного ферментера 20, в котором при пронизывании его загрузки происходит конденсация водяных паров с отводом конденсата и растворяемых им биогенных элементов загрузки ферментера 20 через перфорированную перегородку 33 в жидкофазный ферментер 21 и освобожденный от водяных паров воздух отводится освобожденный от водяных паров воздух отводится через регенеративную полость 36. Штамм из камеры 19 щелочного брожения по патрубку 38 отводится в твердофазный ферментер 20. Использование жидкофазного ферментера 21 и твердофазного 20 обеспечивает стабилизацию тепловых процессов в камерах 2, 3 и 19. Одновременно на биогенных элементах питания иловой воды можно вырабатывать 10-40 кг/м³ белково-витаминной добавки, использование которой сокращает расход обычных кормов на 20-30% и повышает привесы мяса на 30-40%. Вокруг свиноферм создается нормальная экологическая обстановка.Sludge water from methane fermentation chamber 3 contains biogenic nutrients for aerobic microorganisms (carbon, nitrogen, phosphorus, trace elements, vitamins, etc.). It is taken from the reactor section 25 of the methane fermentation chamber 3 and introduced into the reactor section 29 of the liquid-phase fermenter 21 through the nozzle 17, and air is blown through the nozzle 11 and the blower section 28 and when sparging on the perforated partition 30 in the presence of a granular nozzle to immobilize destructive microorganisms, aerobic biomass buildup. The substrate with microorganisms suspended in it moves from top to bottom along the overflow pipes 31 and is discharged through the pipe 10 to the microfilter to separate the biomass. The exhaust air from the fermenter 21 enters the perforated channels 34 of the solid-phase fermenter 20, in which, when the charge is pierced, water vapor is condensed with the condensate and the biogenic loading elements of the fermenter 20 dissolved by it through the perforated baffle 33 into the liquid-phase fermenter 21 and the air freed from water vapor air freed from water vapor is discharged through a regenerative cavity 36. The strain from the alkaline fermentation chamber 19 is discharged through a nozzle 38 to a solid-phase fermenter 20. The use of a liquid-phase fermenter 21 and solid-phase 20 ensures stabilization of thermal processes in chambers 2, 3 and 19. At the same time, 10-40 kg / m ^{3 of} protein-vitamin supplements can be produced on biogenic nutrient sludge batteries, the use of which reduces the consumption of conventional feed by 20 -30% and increases the gain of meat by 30-40%. Around the pig farms a normal ecological situation is created.

Claims

INSTALLATION OF WASTE-FREE WASTE DISPOSAL OF A NON-PRODUCT PIG FARM, containing a housing with acid and methane fermentation chambers placed from the bottom up, medium supply and exhaust pipes, energy-saving heat-exchange equipment, characterized in that, in order to increase the biogas yield and its caloric content, between the acid and methane chambers alkaline fermentation, while a solid-phase fermenter is mounted on top of the methane fermentation chamber, and a liquid-phase fermenter is mounted concentrically to the chambers.