Изобретение относится к утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы (навоз, помет) и растительных углеродсодержащих отходов с выработкой биометана и белково-витаминной добавки (БВД) и может быть использована на предприятиях агропромышленного комплекса (АПК). The invention relates to the disposal of waste products of animals and poultry (manure, litter) and vegetable carbon-containing waste with the production of biomethane and protein-vitamin supplements (BVD) and can be used in enterprises of the agro-industrial complex (AIC).
Известна биоэнергетическая установка, содержащая приемник продуктов жизнедеятельности и диспергатор растительных углеродсодержащих отходов, сообщенные со смесителем приготовления субстрата и через теплообменник с камерами кислого, регрессии кислого, нейтрального и щелочного брожения, снабженные перемешивающими устройствами и абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН), при этом камера щелочного брожения по биогазу и бражке сообщена с камерой метанового брожения в виде вертикального корпуса с горизонтальными сплошными и перфорированными перегородками, образующими дутьевые секции, сообщенные с нагнетателями, а между дутьевыми секциями размещены метаногенерирующие, снабженные АЗИН, причем метаногенерирующие секции сообщены друг с другом переливными трубами, а верхняя метаногенерирующая секция через теплообменник сообщена с газовой турбиной привода электрогенератора, а нижняя секция камеры метанового брожения сообщена с инерционным микрофильтром, а по биомассе метаногенов с дезинтегратором, а по дезинтеграту с верхней метаногенерирующей секцией (Авт.св.СССР N 1798333, кл. С02F 11/04, 1993), недостатком которой является низкая степень использования биогенных элементов питания (углерод, азот, фосфор, микроэлементы, витамины) послеброжевого остатка (ПБО), что снижает эффективность работы установки. Known bioenergy installation containing a receiver of waste products and a dispersant of vegetable carbon-containing waste, communicated with a mixer for preparing the substrate and through a heat exchanger with acidic chambers, regression of acidic, neutral and alkaline fermentation, equipped with mixing devices and an abrasive granular immobilization nozzle (AZIN), while the camera is alkaline biogas and mash fermentation communicated with the methane fermentation chamber in the form of a vertical body with horizontal solid and perforated baffles forming the blast sections in communication with the superchargers, and methane generating sections equipped with an AZIN are placed between the blast sections, the methane generating sections being connected to each other by overflow pipes, and the upper methane generating section through the heat exchanger communicated with the gas turbine of the electric generator drive, and the lower section of the methane chamber fermentation is communicated with an inertial microfilter, and for the biomass of methanogens with a disintegrator, and for disintegrate with the upper methane generating section ( Autost.SSSSR N 1798333, cl. С02F 11/04, 1993), the disadvantage of which is the low degree of use of biogenic nutrients (carbon, nitrogen, phosphorus, trace elements, vitamins) after the fermentation residue (PBO), which reduces the efficiency of the installation.
Цель изобретения повышение эффективности работы установки достигается тем, что по ПБО микрофильтр сообщен с хлореллогенератором, содержащим корпус со светопроницаемыми стенками и светильниками и размещенный по оси корпуса ствол со смонтированными на нем конусами из светопроницаемого материала, причем конуса с узким основанием вверху и широким основанием внизу чередуются с конусами с широким основанием вверху и узким основанием внизу, установленными с зазором относительно ствола, при этом в нижней части корпуса размещено перфорированное днище с размещенной под ним емкостью, сообщенной по выхлопу с газовой турбиной и по отработанному ПБО со взвешенной хлореллой с инерционным микрофильтром, а по биомассе хлореллы с центробежным дезинтегратором и по дезинтеграту с теплообменником-стерилизатором и емкостью БВД, а верхний конус хлореллогенератора через патрубок сообщен с микрофильтром камеры метанового брожения по послеброжевому остатку (ПБО). The purpose of the invention to increase the efficiency of the installation is achieved by the fact that in PBP the microfilter is in communication with a chlorellogen generator containing a body with translucent walls and fixtures and a barrel with cones of translucent material mounted on it along the axis of the body, and cones with a narrow base at the top and a wide base at the bottom alternate with cones with a wide base at the top and a narrow base at the bottom, installed with a clearance relative to the barrel, while perforated in the lower part of the body the bottom with the tank located underneath, connected to the exhaust with a gas turbine and to the spent PBO with a suspended chlorella with an inertial microfilter, and the biomass of the chlorella with a centrifugal disintegrator and the disintegrate with the heat exchanger-sterilizer and the BVD tank, and the upper cone of the chlorine generator with a microfilter of a methane fermentation chamber for the post-fermentation residue (PBO).
Выполнение хлореллогенератора в виде ствола с установленными на нем чередующими конусами со светопроницаемыми стенками обеспечивает большую освещаемую поверхность для фотосинтеза ее биомассы на биогенных элементах питания ПБО и диоксида углерода выхлопа газовой турбины. Одновременно утилизируется тепло выхлопа, что повышает КПД газовой турбины. Фотосинтез осуществляют от дневного света и в ночное время от светильников через светопроницаемые стенки корпуса. ПБО последовательно протекает по конусам вместе с хлореллой, часть которой рециркулируют после микрофильтра. The implementation of the chlorellogenerator in the form of a barrel with alternating cones with translucent walls mounted on it provides a large illuminated surface for the photosynthesis of its biomass on biogenic nutrients of PBO and carbon dioxide from a gas turbine exhaust. At the same time, the exhaust heat is utilized, which increases the efficiency of the gas turbine. Photosynthesis is carried out from daylight and at night from luminaires through the translucent walls of the body. PBO successively flows along the cones along with chlorella, part of which is recycled after the microfilter.
На чертеже схематически показана биоэнергетическая установка, содержащая приемник 1 продуктов жизнедеятельности животных и птицы и диспергатор 2 растительных углеродсодержащих отходов, сообщенных со смесителем 3 приготовления субстрата и через теплообменник 4 с камерами 5 кислого, 6 - регрессии кислого, 7 нейтрального, 8 щелочного брожения, снабженных перемешивающими устройствами 9 и абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН) 10, при этом камера 8 щелочного брожения по биогазу и бражке сообщена с камерой 11 метанового брожения в виде вертикального корпуса с горизонтальными сплошными 12 и перфорированными 13 перегородками, образующими дутьевые секции 14, сообщенные с нагнетателями 15, а между дутьевыми секциями 14 размещены метаногенерирующие 16, снабженные АЗИН 17, причем метаногенерирующие секции 16 сообщены друг с другом переливными трубами 18, а верхняя метаногенерирующая секция 16 через теплообменник 19 сообщена с газовой турбиной 20 привода электрогенератора, а нижняя секция камеры 11 метанового брожения сообщена с инерционным микрофильтром 21, а по биомассе метаногенов с дезинтегратором 22, а по дезинтеграту с верхней метаногенерирующей секцией 16, а по дезинтеграту с верхней метаногенерирующей секцией 16. По ПБО микрофильтр 21 сообщен с хлоргенератором 23, содержащим корпус со светопроницаемыми стенками светильники 24 и размещенный по оси корпуса хлореллогенератора 23 ствол 25 с смонтированными на нем конусами из светопроницаемого материала, причем конуса 26 с узким основанием вверху и широким основанием внизу чередуются с конусами 27 с широким основанием вверху и узким основанием внизу, установленными с зазором 28 относительно ствола 25, при этом в нижней части корпуса хлореллогенератора 23 размещено перфорированное днище 29 с размещенной под ним емкостью 30, сообщенной по выхлопу с газовой турбиной 20 и по отработанному ПБО со взвешенной хлореллой с центробежным дезинтегратором 32 и по дезинтеграту с теплообменником-стерилизатором 33 и емкостью БВД, а верхний конус 26 хлореллогенератора 23 через патрубок 35 сообщен с микрофильтром 21 камеры 11 метанового брожения по ПБО. The drawing schematically shows a bioenergy installation containing a receiver 1 of animal and poultry vital products and a dispersant 2 of vegetable carbon-containing wastes communicated with a mixer 3 of preparation of the substrate and through a heat exchanger 4 with cameras 5 acidic, 6 - regression of acidic, 7 neutral, 8 alkaline fermentation mixing devices 9 and an abrasive granular immobilization nozzle (AZIN) 10, while the alkaline fermentation chamber 8 for biogas and mash is in communication with the methane fermentation chamber 11 in the idea of a vertical casing with horizontal solid 12 and perforated 13 partitions forming the blasting sections 14 in communication with the superchargers 15, and between the blasting sections 14 there are methane generating 16 equipped with an AZIN 17, the methane generating sections 16 communicating with each other by overflow pipes 18, and the upper methane generating section 16 is connected through a heat exchanger 19 to a gas turbine 20 of the electric generator drive, and the lower section of the methane fermentation chamber 11 is connected to an inertial microfilter 21, and methanogen via biomass s with a disintegrator 22, and with a disintegrate with an upper methane generating section 16, and with a disintegrate with an upper methane generating section 16. Through the TSP, the microfilter 21 is in communication with a chlorine generator 23, which contains a housing with translucent wall fixtures 24 and a barrel 25 mounted along the axis of the chlorine generator 23 body with mounted on it cones of translucent material, and cones 26 with a narrow base at the top and a wide base at the bottom alternate with cones 27 with a wide base at the top and a narrow base at the bottom, installed with a gap 28 relative to the barrel 25, while in the lower part of the housing of the chlorellogenerator 23 there is a perforated bottom 29 with a container 30 located under it, connected by exhaust with a gas turbine 20 and by the exhaust gas exhaust with suspended chlorella with a centrifugal disintegrator 32 and by a disintegrate with a heat exchanger-sterilizer 33 and the capacity of the BVD, and the upper cone 26 of the chlorellogenerator 23 through the pipe 35 is in communication with the microfilter 21 of the chamber 11 of methane fermentation according to PBO.
Биоэнергетическая установка работает следующим образом. Bioenergy installation works as follows.
Продукты жизнедеятельности животных и птицы (навоз, помет) поступают в приемник 1, в котором разбавляются водой до концентрации 3 5% и освобождаются при перемешивании от минеральных включений. В диспергаторе 2 измельчают углеродсодержащие компоненты (растительные остатки, отходы древесины) и диспергат направляют в смеситель 3 для приготовления субстрата из условия обеспечения соотношения между углеродом, азотом и фосфором в пределах порядка 100:5:1. Субстрат нагревают в теплообменнике 4 до температуры порядка 36 38oC и последовательно сбраживают в камерах 5, 6, 7 и 8 при перемешивании устройством 9 в присутствии АЗИН 10 (керамзит, вспученный перлит и т. д.). Недоброд, содержащий гидрокарбонат аммония, гидрат окиси аммония, из камеры 8 щелочного брожения передают в камеру 7 нейтрального брожения для снижения кислотности бражки и повышения степени использования элементов питания при дополнительном измельчении взвесей АЗИН 10. Бражка из камеры 8 щелочного брожения поступает в верхнюю секцию 16 камеры 11 метанового брожения, а биогаз в нагнетатель 15 дутьевой секции 14. При продувке через горизонтальную перфорированную перегородку 13 и слой АЗИН 17 метаногены восстанавливают диоксид углерода биогаза до метана, причем биогаз последовательно передавливается нагнетателями из низлежащей метаногенерирующей секции 16 в вышележащую. Бражка последовательно переходит через переливные трубы 18 сверху вниз и поступает в микрофильтр 21 для отделения старых и мертвых клеток метаногенов. Биомассу дезинтегрируют в дезинтеграторе 22 с разрушением оболочек гидродинамическим, кавитационным и тепловым воздействием в поле сил инерции. Ферменты дезинтеграта, добавляемые в бражку, обеспечивают разложение воды метаногенами на водород и кислород явление ферментолиза. Водород восстанавливает диоксид углерода биогаза до метана, превращая его в биометан, а кислород окисляет примеси, в том числе сероводород до серы, являющейся микроэлементом питания для метаногенов. Биометан освобождают от водяных паров в конденсаторе 19 и сжигают в газовой турбине 20 привода электрогенератора, обеспечивающего электроэнергией предприятие АПК. При сгорании биометана в газовой турбине 20 образуются водяные пара и диоксид углерода. Выхлоп поступает в емкость 30 хлореллогенератора 23 и через перфорированное днище 29 последовательно проходит снизу вверху между конусами 26 и 27. Послеброжевой остаток (ПБО) из микрофильтра 21 содержит остаточные биогенные элементы питания и физиологически активные вещества дезинтеграта и используется для выращивания хлореллы. Для повышения эффекта фотосинтеза корпус хлореллогенератора 23 и конуса 26 и 27 выполнены со светопроницаемыми стенками с облучением в ночное время от светильников 24. ПБО со взвешенной хлореллой отбирают в микрофильтр 31 и возвращают в верхнюю часть хлореллогенератора 23. Избыточную хлореллу подвергают дезинтеграции в инерционном дезинтеграторе 32, нагревают до температуры 90 95oC в теплообменнике-стерилизаторе 33 и используют в качестве белково-витаминной добавки (БВД) в корм скоту и птице.The livelihoods of animals and poultry (manure, droppings) enter receiver 1, in which they are diluted with water to a concentration of 3.5% and are freed from mineral inclusions when mixed. In the dispersant 2, the carbon-containing components (plant residues, wood waste) are ground and the dispersant is sent to the mixer 3 to prepare the substrate in order to ensure the ratio between carbon, nitrogen and phosphorus in the range of about 100: 5: 1. The substrate is heated in a heat exchanger 4 to a temperature of about 36 38 o C and subsequently fermented in chambers 5, 6, 7 and 8 with stirring by a device 9 in the presence of AZIN 10 (expanded clay, expanded perlite, etc.). An adversity containing ammonium bicarbonate, ammonium hydrate, from alkaline fermentation chamber 8 is transferred to neutral fermentation chamber 7 to reduce the acidity of the mash and increase the degree of use of batteries with additional grinding of AZIN suspensions 10. The mash from alkaline fermentation chamber 8 enters the upper section 16 of the chamber 11 methane fermentation, and biogas to the blower 15 of the blasting section 14. When purging through a horizontal perforated baffle 13 and a layer of AZIN 17, methanogens restore biogas carbon dioxide to methane, and biogas is successively squeezed by superchargers from the lower methane generating section 16 into the overlying one. The mash consistently passes through the overflow pipes 18 from top to bottom and enters the microfilter 21 to separate old and dead methanogen cells. The biomass is disintegrated in the disintegrator 22 with the destruction of the shells by hydrodynamic, cavitation and thermal effects in the field of inertia forces. Disintegrate enzymes added to the mash ensure the decomposition of water by methanogens into hydrogen and oxygen, the phenomenon of fermentolysis. Hydrogen reduces the carbon dioxide of biogas to methane, turning it into biomethane, and oxygen oxidizes impurities, including hydrogen sulfide, to sulfur, which is a micronutrient for methanogens. Biomethane is freed from water vapor in the condenser 19 and burned in the gas turbine 20 of the drive of the electric generator, which provides electricity to the agricultural enterprise. When biomethane is burned in a gas turbine 20, water vapor and carbon dioxide are formed. The exhaust enters the tank 30 of the chlorella generator 23 and through the perforated bottom 29 successively passes from the bottom to the top between the cones 26 and 27. The post-fermentation residue (PBO) from the microfilter 21 contains residual biogenic nutrients and physiologically active substances of the disintegrate and is used to grow chlorella. To increase the effect of photosynthesis, the body of the chlorella generator 23 and the cone 26 and 27 are made with light-permeable walls with nighttime irradiation from the fixtures 24. PBOs with suspended chlorella are taken into the microfilter 31 and returned to the upper part of the chlorella generator 23. The excess chlorella is subjected to disintegration in the inertial disintegrator 32, heated to a temperature of 90 95 o C in a heat exchanger-sterilizer 33 and used as a protein-vitamin supplement (BVD) in livestock and poultry feed.
Установка обеспечивает предприятия АПК при утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы электроэнергией, теплом и БВД. Применение БВД сокращает расход кормов на 20 30% повышается на 30 40% яйценосность, надои молока, привесы мяса. При расходе 1 грамм на 1 кг живого веса снижается падеж молодняка, улучшается экологическая обстановка вокруг предприятий агропромышленного комплекса (АПК). The installation provides agro-industrial complex enterprises with utilization of livestock and poultry livelihoods by electricity, heat and BVD. The use of BVD reduces feed consumption by 20 30%, increases by 30 40% egg production, milk yield, meat gain. At a rate of 1 gram per 1 kg of live weight, the mortality rate of young animals is reduced, and the environmental situation around the agricultural enterprises is improved.