RU2535967C1 - Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления - Google Patents

Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2535967C1
RU2535967C1 RU2013140555/10A RU2013140555A RU2535967C1 RU 2535967 C1 RU2535967 C1 RU 2535967C1 RU 2013140555/10 A RU2013140555/10 A RU 2013140555/10A RU 2013140555 A RU2013140555 A RU 2013140555A RU 2535967 C1 RU2535967 C1 RU 2535967C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bioreactor
processing
preparation
raw materials
raw material
Prior art date
Application number
RU2013140555/10A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Михайлович Пастухов
Александр Андреевич Смотрицкий
Андрей Владимирович Смотрицкий
Татьяна Андреевна Смотрицкая
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научная интеграция"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научная интеграция" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научная интеграция"
Priority to RU2013140555/10A priority Critical patent/RU2535967C1/ru
Priority to EP14839036.2A priority patent/EP3042947A4/en
Priority to PCT/RU2014/000103 priority patent/WO2015030624A1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2535967C1 publication Critical patent/RU2535967C1/ru
Priority to US15/057,924 priority patent/US10597629B2/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/20—Heating; Cooling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/025—Ultrasonics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/04—Heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/50—Treatments combining two or more different biological or biochemical treatments, e.g. anaerobic and aerobic treatment or vermicomposting and aerobic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F3/00—Fertilisers from human or animal excrements, e.g. manure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles
    • C12M33/07—Dosage or metering devices therefore
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/12—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/02—Means for pre-treatment of biological substances by mechanical forces; Stirring; Trituration; Comminuting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/04—Preserving or maintaining viable microorganisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Abstract

Группа изобретений относится к области подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов. Предложена группа изобретения: способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, а также установка подготовки сырья вышеуказанным способом. Способ характеризуется тем, что в едином объеме герметичной емкости одновременно с подогревом производят дегазацию смеси путем вакуумирования и последующую обработку. Обработку осуществляют воздействием энергией ультразвукового гидродинамического излучателя на поток смеси при ее циркуляции в замкнутом контуре герметичной емкости. В качестве жидкости для смешивания сырья используют жидкую фракцию слива из биореактора. Процесс подготовки сырья завершают после нагрева смеси до заданной температуры, соответствующей температуре первой стадии процесса биореактора. Установка включает средства дозированной подачи сырья и жидкости, подогрева, обработки излучением и дозированной подачи субстрата в биореактор, герметичную емкость, оснащенную вакуумным насосом. Средство обработки смеси излучением выполнено в виде ультразвукового гидродинамического излучателя. Камера гидродинамического излучателя подсоединена к емкости с образованием замкнутого контура, а средство подачи жидкости подсоединено к системе слива биореактора. Изобретения обеспечивают улучшение качества субстрата, повышение эффективности подготовки сырья, обеспечивающей ускорение анаэробной переработки органических отходов и увеличение полезного выхода продукта. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства и биоэнергетике и может быть использована в подготовке сырья для анаэробной переработки различных видов органических отходов в экологически чистые и полезные вещества в виде удобрения и биогаза с целью утилизации биологических отходов и локальной стабилизации экологической ситуации в местах их скопления (навоз, птичий помет, отходы сельскохозяйственного и агропромышленного производства, бытовые пищевые отходы и др.).
К перспективному развитию биотехнологии для утилизации органических отходов относится интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов, так и за счет усовершенствования оборудования. Важным этапом биотехнологического производства полезных продуктов из органических отходов является тщательная подготовка исходного сырья с целью создания питательной среды для культивирования микроорганизмов и получение качественной смеси, вносимой в основной аппарат - биореактор (ферментер).
Существует большое количество способов переработки органических отходов и установок с биореакторами, например US 6663777 A1, 18.09.2003. FR 2614888, 1988. RU 2084515 C1, 20.07.1997. RU 2102468 C1, 20.01.1998. RU 2258686, 20.08.2004. RU 2315721 C1, 27.01.2006. RU 2370457 C1, 20.10.2009. RU 2399184 C1, 20.09.2010. RU 2404240 C2, 20.11.2010. RU 88665 U1, 20.11.2009. RU 110588 U1, 27.11.2011. RU 125995 U1, 20.03.2013.
Все известные конструкции и методы с единой технологией переработки, заключающейся в создании условий для микробиологической переработки биомассы метанобразующими анаэробными бактериями в одном или нескольких этапах, предусматривают подготовку сырья от простого перемешивания до тщательного измельчения смеси перед загрузкой в биореактор.
Обычно при подготовке сырья его первоначально измельчают, а затем перемешивают в емкости либо первоначально смешивают с жидкостью и/или добавками, а затем полученную смесь измельчают до состояния, пригодного для дальнейшей переработки.
Известен способ подготовки сырья, который предусматривает измельчение и перемешивание биомассы с помощью механического лопастного устройства в емкости, сообщенной перфорированной перегородкой с камерой кислого брожения биореактора (RU 2084515, 20.07.1997).
Для интенсификации процесса сбраживания при подготовке сырья по патенту RU 2370457, 20.10.2009. исходное сырье измельчают, перемешивают и дополнительно подают жидкость, полученную из влажного органического удобрения после слива из анаэробного биореактора.
Известны также способы переработки органических отходов, в которых перемешивание, измельчение и гомогенизацию органических отходов осуществляют путем воздействия на смесь электрогидравлическими разрядами, циклически перемещающимися по длине аппарата (RU 2135437, 27.08.1999), а также способы получения органического удобрения диспергированием органической составляющей, гидроударным воздействием на смесь в процессе ее циркуляции по замкнутому контуру (RU 2258686, 20.08.2005) или воздействием на смесь колебательным спектром ультрозвукового поля при аэробной обработке с последующей магнитной обработкой смеси при анаэробном брожении (RU 2207328, 27.06.2003).
Известные способы подготовки сырья, в которых измельчение смеси производят механическим дроблением, устраняющим крупные и протяженные фрагменты, или диспергированием с получением более однородной массы для биореактора, не обеспечивают получения субстрата достаточного качества, пригодного для интенсивной микробиологической переработки.
Анаэробная переработка неподготовленной должным образом биомассы при наличии идеальных условий длится гораздо дольше (в 2-3 раза), а выход биогаза на 50-200% меньше, чем при переработке такого же объема тщательно подготовленной биомассы.
В качестве прототипа принят способ подготовки сырья для анаэробной переработки отходов EP 1636869, 22.05.2006 г.
Способ по прототипу заключается в том, что подают исходное органическое сырье, смешивают с водой и подвергают ультразвуковому облучению при пропускании смеси через канал, окруженный ультразвуковыми излучателями, а затем подают субстрат в анаэробный реактор.
Подготовленный способом по прототипу субстрат способствует увеличению скорости гидролиза и освобождению водорастворимых веществ из отходов, делая их более доступными для микроорганизмов. Однако эффективность способа невелика, т.к. для достижения указанного эффекта требует больших затрат времени и энергии на работу последовательно установленных ультразвуковых преобразователей. При этом качество поучаемого субстрата недостаточно высокое.
Параметрами качества субстрата являются не только температура, но и степень доступности органических веществ, содержащихся в биомассе, для переработки микроорганизмами. Биомасса в исходном состоянии практически всегда состоит из комплексов клеток, разделенных оболочками, пленками, защитными слоями, поэтому разложение биомассы идет медленно, часть комплексов так и остаются неразрушенными, а биомасса, содержащаяся в них, переработанной.
Улучшение качества субстрата позволяет повысить эффективность использования биореактора - самого дорогого элемента биогазового комплекса.
Задача, на решение которой направлена группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, заключается в повышении эффективности подготовки сырья, обеспечивающей ускорение анаэробной переработки органических отходов и увеличение ее глубины.
Техническим результатом группы изобретений является улучшение качества субстрата за счет достижения высокой степени измельчения, обеззараживания и гомогенизации смеси, обеспечивающего повышение скорости переработки и увеличение выхода полезного продукта при снижении материальных затрат.
Технический результат достигается тем, что в способе подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, включающем подачу сырья, дозированное смешивание с жидкостью и подогрев до заданной температуры переработки, обработку смеси излучением и подачу субстрата в биореактор, согласно изобретению одновременно с подогревом производят дегазацию смеси путем вакуумирования и последующую обработку, которую осуществляют воздействием энергией ультразвукового гидродинамического излучателя на поток смеси.
Целесообразно весь процесс подготовки осуществлять в одном объеме герметичной емкости, для чего ультразвуковую гидродинамическую обработку смеси производят при ее циркуляции в замкнутом контуре герметичной емкости. При этом в камеру ультразвукового гидродинамического излучателя подают газ, не содержащий кислорода, который может поступать непосредственно из биореактора, а в качестве жидкости для смешивания сырья использовать жидкую фракцию слива из биореактора.
Предлагаемый способ реализуется с помощью разработанной, опробированной и описанной ниже установки подготовки сырья. Реализация способа также возможна на поточной линии подготовки сырья при его подаче через последовательно установленное оборудование.
Традиционно в подготовке сырья для анаэробной переработки органических отходов используют устройства механического измельчения и перемешивания сырья с добавлением, по необходимости, жидкости и/или других компонентов с подогревом или без подогрева.
Подготовка сырья без его измельчения (полезная модель RU 88665, 20.11.2009) не обеспечивает равномерности гранулометрического состава исходного сырья, поступающего в биореактор, что замедляет процесс биоферментации.
Указанный недостаток устраняется в блоке подготовки сырья технологической линии по патенту на полезную модель RU 125995, 20.03.2013, содержащем бункер-накопитель и измельчитель, в котором предусмотрена возможность подачи крупного исходного сырья в измельчитель, возврата измельченного сырья в бункер-питатель и подачи измельченного сырья из бункера-питателя на загрузочный транспортер-смеситель. Такая подготовка сырья требует большого количества оборудования и также не обеспечивает получения оптимального качества субстрата.
В качестве измельчающих и перемешивающих средств биомассы широко используют механические роторные измельчители, например, лопастные устройства с приводным валом и лопастями, установленные в емкости, сообщенной перфорированной перегородкой с камерой кислого брожения реактора (RU 2084515, 20.07.1997).
Для повышения эффективности процесса сбраживания в системе подготовки сырья по патенту RU 2370457, 20.10.2009 дополнительно предусмотрены средства подачи в емкость с измельчителем жидкости, полученной из влажного органического удобрения после слива из анаэробного биореактора.
Известны также установка переработки органических отходов для получения удобрений, в которой средства перемешивания, измельчения и гомогенизации выполнены в виде электрогидравлической камеры, в корпусе которой размещен ряд парных электродов (RU 2135437, 27.08.1999), биогазовая установка по патенту RU 2102468, 20.01.1998., в которой для подготовки сырья используют деструктор, расположенный между сборником помета и биореактором, а также установки для реализации способов получения органического удобрения диспергированием смеси по патентам RU 2258686, 20.08.2005 и RU 2207328, 27.06.2003, в первой из которых предусмотрен роторный гидроударный аппарат для гидроударного воздействия на смесь при ее циркуляции по замкнутому контуру, а во второй - генератор ультразвуковых колебаний для ультразвукового воздействия на смесь при аэробной обработке.
Известные установки подготовки сырья с применением механических измельчителей и деструкторов, устраняющих крупные и протяженные фрагменты, которые препятствуют перекачке смеси в биореактор, также как и реализуемые на них способы, малоэффективны и не обеспечивают получения качественного субстрата, усложняя тем самым конструкции биореакторов дальнейшей анаэробной переработки органических отходов.
В качестве прототипа установки подготовки сырья для анаэробной переработки отходов принята система подготовки сырья в установке для обработки биологических отходов EP 1636869, 22.05.2008.
Система подготовки по прототипу включает средство для смешивания сырья с водой и группу ультразвуковых излучателей для ультразвуковой обработки, размещенных вокруг канала прохода смеси к биореактору. В качестве облучателя смеси ультразвуком используется устройство, описанное в WO 0035579, 22.06.2000 г., содержащее сосуд и множество ультразвуковых преобразователей, прикрепленных к внешней стенке сосуда. Шестьдесят модулей 50 Вт пьезоэлектрических преобразователей, каждый из которых резонирует на частоте 20 кГц, плотно упакованы в решетке и образуют вокруг сосуда пять колец по 12 модулей в каждом.
При достаточно сложной конструкции установка подготовки сырья по прототипу, как и реализуемый на ней способ, малоэффективна и не обеспечивает хорошего качества субстрата, требует больших материальных затрат и времени на переработку.
Вышеуказанный технический результат группы изобретений достигается также тем, что установка подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, включающая средства дозированной подачи сырья и жидкости, подогрева, обработки излучением и дозированной подачи субстрата в биореактор, согласно изобретению оснащена герметичной емкостью, которая снабжена вакуумным насосом, а средство обработки смеси излучением выполнено в виде ультразвукового гидродинамического излучателя, камера которого подсоединена к емкости с образованием замкнутого контура.
При этом камера ультразвукового гидродинамического излучателя снабжена средством подачи не содержащего кислорода газа, которое может быть подсоединено к биореактору, а средство подачи жидкости для смешивания сырья - к системе слива биореактора.
Заявляемая группа изобретений поясняется чертежом схематичного изображения установки подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, на которой реализуется заявляемый способ.
Установка содержит герметичную емкость 1, соединенную с дозаторами 2 и 3 соответственно подачи органического сырья и жидкости, с вакуумным насосом 4, дозатором 5 подачи газа из биореактора и дозатором 6 подачи субстрата в биореактор (на чертеже не показан). Емкость 1 оснащена нагревателем 7 и ультразвуковым гидродинамическим излучателем 8 пластинчатого или стержневого типа, камера которого подсоединена к емкости 1 через прокачивающий насос 9 с образованием замкнутого контура циркуляции смеси.
Способ подготовки сырья реализуется в работе установки, которая осуществляется следующим образом.
В герметичную емкость 1 через дозаторы 2 и 3 под напором одновременно подают сырье из бункера-накопителя и жидкость, полученную из влажного органического удобрения после слива из анаэробного биореактора и имеющую повышенную температуру. По завершении загрузки определяют температуру смеси и включают нагреватель 7 для доведения температуры смеси до заданной, соответствующей температуре первой стадии процесса биореактора, которая обычно составляет 37°C. Включают вакуумный насос 4 и одновременно с подогревом смеси в едином объеме герметичной камеры производят дегазацию смеси в течение 15-20 мин. В результате вакуумирования откачиваются пары газов и удаляется основная часть растворенного в исходном сырье кислорода, являющегося ядом для микроорганизмов, участвующих в биотехнологическом процессе. Затем отключают насос 4, перекрывают магистраль клапаном 10, включают насос 9, запускают ультразвуковой гидродинамический излучатель 8 и подключают средства подачи газа через дозатор 5 из биореактора. Осуществляют одновременно нагрев смеси и ее циркуляцию по замкнутому контуру через ультразвуковой гидродинамический излучатель 8. При этом излишки газа стравливаются через клапан 11.
В результате многократной циркуляции смеси по ультразвуковому гидродинамическому излучателю 8 срывающиеся с поверхностей его механических резонаторов завихрения текучей среды и собственные колебания резонаторов возбуждают в текучей среде гармонические акустические колебания в виде периодических импульсов давления. Периодические импульсы моделируют колебания, обеспечивая обратную связь и незатухающие акустические колебания, в результате чего увеличивается амплитуда возбужденных гармонических акустических колебаний в условиях резонанса с колебаниями механических резонаторов излучателя 8. Происходит образование расширенной по зоне обработки кавитационной области, которая воздействует на клеточную структуру биомассы, разрушая клеточные перегородки и обеспечивая интенсивное измельчение смеси. Под воздействием акустических и ультразвуковых волн в текучей среде возникают избыточные давления и напряжения растяжения, вследствие чего на границе раздела жидкой и твердой фаз имеют место явления окислительно-восстановительного действия, благодаря которым получают стойкую эмульсию и суспензию с размерами частиц высокой дисперстности. При этом дополнительная подача дозатором 5 не содержащего кислорода газа в кавитационную зону способствует облегчению создания режима развитого кавитационного течения, оптимизирует процесс и создает множество очень маленьких пузырьков углекислоты, которые, попадая затем в биореактор, являются пищей для метаногенов, т.е. способствуют увеличению доли метана в составе биогаза. Процесс обработки длится 10-30 минут и завершается после нагрева смеси до заданной температуры. После завершения обработки субстрат через дозатор 6 перекачивают в биореактор. Затем процесс подготовки повторяют.
Работа установки полностью автоматизирована.
Таким образом, в едином объеме герметичной емкости одновременно с подогревом смеси осуществляют ее дегазацию и качественную обработку, что существенно увеличивает производительность процесса подготовки высококачественного субстрата из органического сырья любого типа.
Установка, комплектуемая емкостью объемом 1,5 м3 и прокачивающим насосом производительностью 20-50 м3/час, обеспечивает подготовку 50 м3 субстрата за сутки.
Экспериментально установлено, что длительность сбраживания куриного помета предлагаемым способом в заявляемой установке подготовки сырья сократилась с 14 до 9 суток, а количество полученного биогаза увеличилось в 2,2 раза. Кроме того, результатом удаления кислорода, содержащегося в смешиваемых компонентах, стало существенное ускорение времени начала реакции и уменьшение доли углекислого газа в составе биогаза.

Claims (6)

1. Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, включающий подачу сырья, дозированное смешивание с жидкостью и подогрев до заданной температуры переработки, обработку смеси излучением и подачу субстрата в биореактор, отличающийся тем, что в едином объеме герметичной емкости одновременно с подогревом производят дегазацию смеси путем вакуумирования и последующую обработку, которую осуществляют воздействием энергией ультразвукового гидродинамического излучателя на поток смеси при ее циркуляции в замкнутом контуре герметичной емкости, в качестве жидкости для смешивания сырья используют жидкую фракцию слива из биореактора, причём процесс подготовки сырья завершают после нагрева смеси до заданной температуры, соответствующей температуре первой стадии процесса биореактора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру ультразвукового гидродинамического излучателя подают газ, не содержащий кислорода.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу газа осуществляют непосредственно из биореактора.
4. Установка подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов способом по п.1, включающая средства дозированной подачи сырья и жидкости, подогрева, обработки излучением и дозированной подачи субстрата в биореактор, отличающаяся тем, что она снабжена герметичной емкостью, которая оснащена вакуумным насосом, а средство обработки смеси излучением выполнено в виде ультразвукового гидродинамического излучателя, камера которого подсоединена к емкости с образованием замкнутого контура, а средство подачи жидкости подсоединено к системе слива биореактора.
5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что камера ультразвукового гидродинамического излучателя оснащена средством подачи газа, не содержащего кислорода.
6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что средство подачи газа подсоединено к биореактору.
RU2013140555/10A 2013-09-02 2013-09-02 Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления RU2535967C1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013140555/10A RU2535967C1 (ru) 2013-09-02 2013-09-02 Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления
EP14839036.2A EP3042947A4 (en) 2013-09-02 2014-02-19 Method of preparing raw material for anaerobic digestion of organic waste and installation for implementing same
PCT/RU2014/000103 WO2015030624A1 (ru) 2013-09-02 2014-02-19 Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления
US15/057,924 US10597629B2 (en) 2013-09-02 2016-03-01 Method and system for preparation of substrate for use in anaerobic digestion of organic waste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013140555/10A RU2535967C1 (ru) 2013-09-02 2013-09-02 Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2535967C1 true RU2535967C1 (ru) 2014-12-20

Family

ID=52587027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013140555/10A RU2535967C1 (ru) 2013-09-02 2013-09-02 Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10597629B2 (ru)
EP (1) EP3042947A4 (ru)
RU (1) RU2535967C1 (ru)
WO (1) WO2015030624A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186729U1 (ru) * 2018-05-24 2019-01-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ) Установка для выработки биогаза и обеззараживания эффлюента
RU2690463C1 (ru) * 2019-01-29 2019-06-03 Дмитрий Александрович Ковалев Способ анаэробной переработки жидких органических отходов

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180079672A1 (en) * 2016-09-19 2018-03-22 J.S. Meyer Engineering, P.C. Systems and Methods for Processing Biogas
RU2741813C1 (ru) * 2019-11-06 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) Способ и устройство для ускоренного обеззараживания жидкого навоза и других органических отходов
CN111675465A (zh) * 2020-06-30 2020-09-18 李辉 一种畜牧业用自循环发酵沼气池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2033254C1 (ru) * 1988-02-23 1995-04-20 Александр Петрович Пляскин Способ обработки материалов и устройство для его осуществления
RU25845U1 (ru) * 2002-06-27 2002-10-27 Общество с органиченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Кварц" Устройство для обеззараживания жидких отходов лечебно-профилактических учреждений
WO2005001976A1 (en) * 2003-06-25 2005-01-06 Accentus Plc Processing biological waste materials to provide energy
RU88670U1 (ru) * 2009-04-06 2009-11-20 Владимир Андреевич Золотухин Установка и устройства углубленной переработки углеводородного сырья
RU104286U1 (ru) * 2010-06-04 2011-05-10 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Аграрный Университет Имени Н.И. Вавилова" Промышленная установка для переработки органических отходов на биогумус и биогаз с системой управления на базе блока информационных технологий

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3591946A (en) * 1968-11-26 1971-07-13 Loe Ind Fluid-degassing system
US3904392A (en) * 1973-03-16 1975-09-09 Eastman Kodak Co Method of and apparatus for debubbling liquids
JPS5515661A (en) * 1978-07-21 1980-02-02 Fuji Photo Film Co Ltd Continuous deaeration method of water
FR2614888B1 (fr) 1987-05-07 1989-08-18 Jullien Antonin Procede de fermentation methanique de matieres organiques et dispositif pour sa mise en oeuvre
US4944886A (en) * 1988-11-23 1990-07-31 Masri Saad A Method of sewage treatment
US5186389A (en) * 1990-04-03 1993-02-16 S & C Co.,Ltd. Spray tube ultrasonic washing apparatus
US5782950A (en) * 1993-04-22 1998-07-21 Beg Bioenergie Gmbh Device and process for composting and wet fermentation of biological waste
JP2741344B2 (ja) * 1994-07-22 1998-04-15 大同メタル工業株式会社 超音波処理装置
RU2084515C1 (ru) 1995-03-07 1997-07-20 Виктор Игнатьевич Тумченок Биогазогенератор
RU2102468C1 (ru) 1995-04-06 1998-01-20 Виктор Игнатьевич Тумченок Биогазовая установка
RU2135437C1 (ru) 1998-03-05 1999-08-27 Пермский завод "Машиностроитель" Способ производства гранулированного органо-минерального удобрения из органических отходов и установка для его осуществления
GB9827360D0 (en) 1998-12-12 1999-02-03 Aea Technology Plc Process and apparatus for irradiating fluids
US6569332B2 (en) * 2000-06-26 2003-05-27 Jack L. Ainsworth Integrated anaerobic digester system
RU2207328C2 (ru) 2001-06-29 2003-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Дельта" Способ получения биогумуса из органических отходов
US6663777B2 (en) 2002-03-12 2003-12-16 Keith A. Schimel Apparatus, system, and process for anaerobic conversion of biomass slurry to energy
RU2258686C1 (ru) 2004-02-26 2005-08-20 Тихенко Виктор Николаевич Способ получения органического удобрения
RU2315721C1 (ru) 2006-04-03 2008-01-27 Виктор Валентинович Мохов Способ анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления
EP2415805A3 (en) * 2006-10-26 2012-10-31 Xyleco, Inc. Method of producing a product from biomass
US8329456B2 (en) * 2008-02-22 2012-12-11 Coskata, Inc. Syngas conversion system using asymmetric membrane and anaerobic microorganism
US8445236B2 (en) * 2007-08-22 2013-05-21 Alliance For Sustainable Energy Llc Biomass pretreatment
US7931784B2 (en) * 2008-04-30 2011-04-26 Xyleco, Inc. Processing biomass and petroleum containing materials
RU2370457C1 (ru) 2008-07-14 2009-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ) Установка для анаэробной переработки органических отходов
RU2404240C2 (ru) 2009-02-03 2010-11-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" Биогазовая установка
RU2399184C1 (ru) 2009-04-07 2010-09-20 Сергей Михайлович Полянский Биогазовый комплекс
RU88665U1 (ru) 2009-08-12 2009-11-20 Ирина Александровна Архипченко Технологическая линия получения биоудобрения на основе птичьего помета
US9238792B2 (en) * 2009-09-15 2016-01-19 E I Du Pont De Nemours And Company Compartmentalized simultaneous saccharification and fermentation of biomass
RU110588U1 (ru) 2011-07-06 2011-11-27 Александр Семенович Мандельштам Универсальный биогазовый комплекс
RU125995U1 (ru) 2012-09-13 2013-03-20 Ирина Александровна Архипченко Технологическая линия для получения различных форм биоудобрения из птичьего помета

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2033254C1 (ru) * 1988-02-23 1995-04-20 Александр Петрович Пляскин Способ обработки материалов и устройство для его осуществления
RU25845U1 (ru) * 2002-06-27 2002-10-27 Общество с органиченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Кварц" Устройство для обеззараживания жидких отходов лечебно-профилактических учреждений
WO2005001976A1 (en) * 2003-06-25 2005-01-06 Accentus Plc Processing biological waste materials to provide energy
RU88670U1 (ru) * 2009-04-06 2009-11-20 Владимир Андреевич Золотухин Установка и устройства углубленной переработки углеводородного сырья
RU104286U1 (ru) * 2010-06-04 2011-05-10 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Аграрный Университет Имени Н.И. Вавилова" Промышленная установка для переработки органических отходов на биогумус и биогаз с системой управления на базе блока информационных технологий

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186729U1 (ru) * 2018-05-24 2019-01-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ) Установка для выработки биогаза и обеззараживания эффлюента
RU2690463C1 (ru) * 2019-01-29 2019-06-03 Дмитрий Александрович Ковалев Способ анаэробной переработки жидких органических отходов

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015030624A1 (ru) 2015-03-05
EP3042947A1 (en) 2016-07-13
US20160177253A1 (en) 2016-06-23
US10597629B2 (en) 2020-03-24
EP3042947A4 (en) 2017-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2535967C1 (ru) Способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления
CN102575222B (zh) 藻类处理
KR101472883B1 (ko) 고효율 유기성 폐기물 처리장치
RU2315721C1 (ru) Способ анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления
DE102006015496B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stickstoffdünger aus biogenen Stoffen
KR101374305B1 (ko) 막결합 및 저강도 초음파가 조합된 혐기성 소화시스템
Nykyforov et al. DEVELOPING A TECHNOLOGY FOR TREATING BLUE-GREEN ALGAE BIOMASS USING VIBRO-RESONANCE CAVITATORS.
CN106565064B (zh) 一种对牛粪厌氧消化前的联合预处理方法
RU136435U1 (ru) Установка подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов
KR102105197B1 (ko) 초음파를 이용한 슬러지 처리장치
CN111534416A (zh) 一种有机物的发酵设备及发酵方法
RU2580221C1 (ru) Устройство утилизации отходов животноводства
CN107337328B (zh) 回注碱液协同超声波破解污泥的方法及反应器
RU207707U1 (ru) Устройство переработки пивной дробины в биогаз
Kalal et al. Anaerobic Digestion
CN212669681U (zh) 一种有机物的发酵设备
RU105905U1 (ru) Установка для получения водной дисперсии биогумуса
RU2540019C1 (ru) Биореактор
RU2562944C1 (ru) Способ переработки разжиженных органических отходов
CN106616988B (zh) 一种无渣酵素的制作方法及制作设备
RU195674U1 (ru) Биогазовый реактор непрерывной загрузки сырья
RU127748U1 (ru) Установка для выработки биогаза
RU196318U1 (ru) Устройство для получения биогаза
RU2690463C1 (ru) Способ анаэробной переработки жидких органических отходов
RU88349U1 (ru) Линия для выработки биогаза

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20150319