RU2542107C2 - Device for environmentally safe recycling of organic substrates into biogas and fertilisers - Google Patents
Device for environmentally safe recycling of organic substrates into biogas and fertilisers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542107C2 RU2542107C2 RU2013117257/13A RU2013117257A RU2542107C2 RU 2542107 C2 RU2542107 C2 RU 2542107C2 RU 2013117257/13 A RU2013117257/13 A RU 2013117257/13A RU 2013117257 A RU2013117257 A RU 2013117257A RU 2542107 C2 RU2542107 C2 RU 2542107C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microflora
- mechanical separation
- bioreactor
- anaerobic
- anaerobic bioreactor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области биохимической переработки концентрированных органических субстратов - бесподстилочного свиного навоза, сырых осадков сооружений механобиологической очистки хозяйственно-бытовых и близких ним по составу производственных сточных вод, - в газообразный энергоноситель-биогаз и органические удобрения.The present invention relates to the field of biochemical processing of concentrated organic substrates - litterless pig manure, raw sludge from facilities for mechanobiological treatment of household and similar industrial waste water composition - into gaseous energy carrier-biogas and organic fertilizers.
В наибольшей степени предлагаемое техническое решение применимо к органическим субстратам влажностью 92-96%, зольностью не более 30% и относительно высоким содержанием летучих органических соединений (свыше 60-70% от содержания органического вещества). Данное устройство может быть приспособлено и для обработки субстратов с другими параметрами, например влажностью до 98%.To the greatest extent, the proposed technical solution is applicable to organic substrates with a moisture content of 92-96%, an ash content of not more than 30%, and a relatively high content of volatile organic compounds (over 60-70% of the content of organic matter). This device can also be adapted for processing substrates with other parameters, for example, humidity up to 98%.
Наиболее целесообразно предлагаемое устройство применять на малых и средних фермах с бесподстилочным содержанием животных, очистных сооружениях малых городов и поселков, небольших предприятий перерабатывающей промышленности, в особенности при повышенных требованиях к уровню выбросов и сбросов в окружающую среду (например, при наличии поблизости жилой застройки, рекреационных объектов).It is most advisable to use the proposed device on small and medium-sized farms with unprotected animals, sewage treatment plants in small towns and villages, small enterprises of the processing industry, especially with increased requirements for the level of emissions and discharges into the environment (for example, if there are residential buildings nearby, recreational objects).
Так как устройство обеспечивает высокое качество удобрений (полное обеззараживание, стабилизацию, высокое относительное содержание биогенных элементов), оно может быть использовано для организации соответствующего производственного участка непосредственно на территории объекта - источника органических субстратов.Since the device provides high quality fertilizers (complete disinfection, stabilization, high relative content of nutrients), it can be used to organize the corresponding production site directly on the territory of the facility - a source of organic substrates.
Известны устройства аналогичного назначения. В кн. Н.Г. Ковалева и др. «Проектирование систем утилизации навоза на комплексах». М.: Росгропромиздат, 1988 г., дано описание сооружений для анаэробной переработки бесподстилочного свиного навоза в биогаз и органические удобрения. Исходный навоз подвергается мезофильной (t=32-37°C) анаэробной ферментации посредством анаэробного микробного консорциума, функционирующего в условиях непрерывно-циклической подачи питания (навоза), периодического или непрерывного перемешивания и стабильного температурного режима. Биогаз, содержащий не менее 60% метана, используется для генерирования тепловой и/или электрической энергии. Ферментированный навоз (эффлюент) после механического разделения, используется в качестве стабилизированного, обеззараженного удобрения.Known devices for a similar purpose. In the book. N.G. Kovaleva et al. "Designing systems for the utilization of manure in complexes." M .: Rosgropromizdat, 1988, describes the facilities for the anaerobic processing of bedless pig manure into biogas and organic fertilizers. The initial manure undergoes mesophilic (t = 32-37 ° C) anaerobic fermentation by means of an anaerobic microbial consortium, which operates under conditions of continuous cyclic feeding (manure), periodic or continuous mixing, and a stable temperature regime. Biogas containing at least 60% methane is used to generate thermal and / or electrical energy. Fermented manure (effluent) after mechanical separation, is used as a stabilized, disinfected fertilizer.
Основными недостатками данного технического решения являются низкая удельная производительность и, соответственно, значительные капитальные затраты. Другими недостатками являются:The main disadvantages of this technical solution are low specific productivity and, consequently, significant capital costs. Other disadvantages are:
- недостаточно глубокая степень стабилизации и обеззараживания субстрата (распад органического вещества 30-35%);- insufficiently deep degree of stabilization and disinfection of the substrate (decomposition of organic matter 30-35%);
- значительные затраты энергии на собственные нужды (до 70%);- significant energy costs for own needs (up to 70%);
- высокий уровень выбросов в окружающую среду.- high level of emissions into the environment.
В известной степени указанные недостатки устранены в техническом решении, согласно патенту Великобритании №2162195, МПК CO2F 3/28. Исходный субстрат подвергается последовательной анаэробной переработке в сооружении, объединяющем в себе несколько отдельных секций для реализации многостадийной анаэробной переработки субстрата. Переработка ведется в три этапа с использованием последовательно сфлокулированной анаэробной микрофлоры, взвешенной анаэробной микрофлоры и прикрепленной анаэробной микрофлоры с отделением твердой фазы на первых двух этапах. Такое техническое решение позволяет существенно повысить концентрацию анаэробной микрофлоры в рабочем пространстве и, соответственно, увеличить удельную нагрузку на сооружение. Агрегатирование всех секций в едином секционированном корпусе позволяет, в сочетании с иммобилизацией биомассы, существенно (в несколько раз) снизить капитальные затраты и расходы энергии на собственные нужды. Размещение всех этапов обработки в едином сооружении позволяет существенно снизить удельные потери тепловой энергии, а также минимизировать уровень выбросов в окружающую среду,To a certain extent, these disadvantages are eliminated in the technical solution according to UK patent No. 2162195, IPC
Основными недостатками данного аналога являются его невысокая эффективность при работе на субстратах с относительно низким содержанием растворенного органического вещества и связанная с этим невозможность обработки субстратов с высоким содержанием твердой фазы (выше 2-3%). В связи с данным ограничением, а также низким уровнем прироста анаэробной биомассы (до 10% по потребленной ХПК), данное сооружение может преимущественно использоваться при очистке высококонцентрированных сточных вод и не может производить твердые удобрения в значительных количествах.The main disadvantages of this analogue are its low efficiency when working on substrates with a relatively low content of dissolved organic matter and the inability to process substrates with a high solids content (above 2-3%). Due to this limitation, as well as the low growth rate of anaerobic biomass (up to 10% of the COD consumed), this facility can mainly be used for the treatment of highly concentrated wastewater and cannot produce solid fertilizers in significant quantities.
Другими недостатками являются:Other disadvantages are:
- недостаточно эффективное функционирование анаэробной секции с прикрепленной микрофлорой, что объясняется трудностями с поддержанием необходимого температурного уровня входящего в него жидкого субстрата. Расположение данной секции во внешней полости сооружения, а также отсутствие средств регулирования температуры во внешней полости, где субстрат накапливается перед поступлением в данную секцию, что приводит к снижению степени переработки субстрата и, как следствие, к ухудшению качества эффлюента и падению выхода биогаза;- insufficiently effective functioning of the anaerobic section with attached microflora, which is explained by difficulties in maintaining the required temperature level of the liquid substrate entering it. The location of this section in the external cavity of the structure, as well as the lack of temperature control in the external cavity, where the substrate accumulates before entering this section, which leads to a decrease in the degree of processing of the substrate and, as a result, to a deterioration in the quality of the effluent and a decrease in the biogas yield;
- отсутствие рекуперации тепловой энергии отводимого из сооружения эффлюента может служить, особенно при экстремальном похолодании, причиной повышенного расхода биогаза на собственные нужды, ухудшения степени биоконверсии субстрата или вынужденного снижения производительности сооружения.- the lack of heat energy recovery from the effluent removed from the structure can serve, especially during extreme cooling, as a cause of increased biogas consumption for own needs, a deterioration in the degree of bioconversion of the substrate, or a forced decrease in the productivity of the structure.
В патенте РФ №2048722, кл. МПК А01С 3/02, согласно которому исходный субстрат с влажностью от 90% подвергается гидролизу и ацидогенезу в биреакторе предварительной обработки, разделяется на фракции с добавлением реагентов, жидкая фракция подвергается обработке в анаэробном биофильтре с получением биогаза и эффлюента, часть биогаза сжигается и используется для стабилизации температурного режима анаэробной биофильтрации, а теплота эффлюента рекуперируется путем подогрева исходного субстрата. Таким образом, часть недостатков рассмотренных выше аналогов устраняется.In the patent of the Russian Federation No. 2048722, class. IPC А01С 3/02, according to which the initial substrate with a moisture content of 90% is subjected to hydrolysis and acidogenesis in a pretreatment bioreactor, is divided into fractions with the addition of reagents, the liquid fraction is processed in an anaerobic biofilter to produce biogas and effluent, part of the biogas is burned and used for stabilization of the temperature regime of anaerobic biofiltration, and the heat of the effluent is recovered by heating the initial substrate. Thus, part of the disadvantages of the above analogues is eliminated.
Основные недостатки данного аналога:The main disadvantages of this analogue:
- недостаточно глубокая степень стабилизации и обеззараживания твердой фазы субстрата после гидролиза и ацидогенеза, что существенно снижает качество удобрений на ее основе;- insufficiently deep degree of stabilization and disinfection of the solid phase of the substrate after hydrolysis and acidogenesis, which significantly reduces the quality of fertilizers based on it;
- высокий уровень выбросов в окружающую среду;- high level of emissions into the environment;
- расходование части биогаза на собственные нужды;- expenditure of a part of biogas for own needs;
- повышенные капитальные затраты на перекачивающее оборудование и коммуникации, а также дополнительные издержки на перекачку жидких продуктов.- increased capital costs for pumping equipment and communications, as well as additional costs for pumping liquid products.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство согласно патенту Великобритании №2140402, кл. МПК CO2F 3/28. Устройство-прототип состоит из гидравлически связанных друг с другом первого аппарата механического разделения, анаэробного биореактора с прикрепленной микрофлорой, анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой и второго аппарата механического разделения. Исходный субстрат может быть влажностью до 92-98% и обладать высоким содержанием летучих органических веществ (до 85% и выше по отношению к сухому веществу).Closest to the claimed technical solution is a device according to British patent No. 2140402, class. IPC
Обработка субстрата осуществляется по схеме «механическое разделение субстрата на жидкую и твердую фракции - анаэробная переработка в эффлюент и биогаз твердой фракции в - механическое разделение эффлюента на жидкую и твердую фракции - анаэробная переработка жидких фракций в биореакторе с прикрепленной микрофлорой в биогаз и эффлюент».The processing of the substrate is carried out according to the scheme "mechanical separation of the substrate into liquid and solid fractions - anaerobic processing into effluent and biogas of solid fraction в - mechanical separation of effluent into liquid and solid fractions - anaerobic processing of liquid fractions in a bioreactor with microflora attached to biogas and effluent."
Твердая фракция направляется на поля в качестве стабилизированного и обеззараженного удобрения, биогаз используется как энергоноситель. Эффлюент, степень очистки которого при благоприятных условиях может достигать 95% и более, может быть подвергнут дальнейшей очистке с целью получения технической воды. Биогаз в незначительных количествах расходуется только на поддержание температурного режима в биореакторе со взвешенной микрофлорой.The solid fraction is sent to the fields as a stabilized and disinfected fertilizer, biogas is used as an energy carrier. The effluent, the degree of purification of which under favorable conditions can reach 95% or more, can be subjected to further purification in order to obtain industrial water. Small amounts of biogas are spent only on maintaining the temperature regime in a bioreactor with suspended microflora.
Наилучшим образом данное техническое решение может применяться для переработки таких органических субстратов, как бесподстилочный свиной навоз, сырые осадки первичных отстойников. При этом достигается достаточно высокая эффективность биоразложения органического вещества, характеризующаяся выходом биогаза свыше 0,5 м3/кг исходного органического вещества.In the best way, this technical solution can be used for the processing of such organic substrates as bedless pig manure, raw sludge from primary settling tanks. This achieves a sufficiently high efficiency of biodegradation of organic matter, characterized by a biogas yield of more than 0.5 m 3 / kg of the starting organic matter.
Основным недостатком прототипа является возможность нарушения температурного режима анаэробной переработки в биореакторе с иммобилизированной микрофлорой, в первую очередь в зимний период эксплуатации. Это приводит к необходимости проектного увеличения его объема, и, соответственно, капитальных затрат. В противном случае возможно существенное снижение эффективности биоконверсии и, соответственно, степени очистки эффлюента.The main disadvantage of the prototype is the possibility of violation of the temperature regime of anaerobic processing in a bioreactor with immobilized microflora, especially in the winter period of operation. This leads to the need for a project increase in its volume, and, accordingly, capital costs. Otherwise, a significant decrease in the efficiency of bioconversion and, accordingly, the degree of purification of the effluent is possible.
Другой причиной увеличения капитальных и эксплуатационных затрат является реализация указанных выше технологических процессов в отдельных аппаратах. Увеличиваются удельные эксплуатационные затраты на компенсацию теплопотерь в анаэробном биореакторе со взвешенной микрофлорой, на перекачку субстрата и промежуточных продуктов насосами.Another reason for the increase in capital and operating costs is the implementation of the above technological processes in separate devices. The specific operating costs for compensating for heat losses in an anaerobic bioreactor with suspended microflora, for pumping the substrate and intermediate products are increasing.
Значительное количество аппаратов и коммуникаций является причиной повышенного уровня эмиссии вредоносных газов (сероводорода, аммиака, метана, диоксида углерода) в окружающую среду.A significant number of devices and communications is the reason for the increased level of emission of harmful gases (hydrogen sulfide, ammonia, methane, carbon dioxide) into the environment.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.The task of the invention is to remedy these disadvantages.
Технический результат от использования изобретения заключается в применении стадии аэробного термофильного гидролиза исходного субстрата в сочетании с интегрированием всех основных процессов обработки субстрата в едином корпусе. Это позволяет:The technical result from the use of the invention consists in the application of the stage of aerobic thermophilic hydrolysis of the initial substrate in combination with the integration of all the basic processes of processing the substrate in a single housing. This allows:
- повысить температуру субстрата до уровня, обеспечивающего высокие скорости последующей анаэробной переработки (вплоть до термофильного);- increase the temperature of the substrate to a level that provides high speeds for subsequent anaerobic processing (up to thermophilic);
- мезофильный или термофильный гидролиз позволяет значительную часть (не менее 50%) биоразлагаемого органического вещества субстрата перевести в жидкую фракцию, тем самым снизив нагрузку на наименее производительную (при одинаковых температурных условиях) стадию анаэробного процесса, реализуемую в аппарате (секции) со взвешенной микрофлорой;- mesophilic or thermophilic hydrolysis allows a significant part (at least 50%) of the biodegradable organic matter of the substrate to be transferred to the liquid fraction, thereby reducing the load on the least productive (under the same temperature conditions) stage of the anaerobic process, implemented in the apparatus (section) with suspended microflora;
- объединение всех стадий процесса в едином аппарате существенно (до 4 раз) при одинаковых прочих условиях снижает теплопотери в окружающую среду, полностью устраняет затраты на перекачку жидких продуктов.- the combination of all stages of the process in a single apparatus significantly (up to 4 times) under the same other conditions reduces heat loss to the environment, completely eliminates the cost of pumping liquid products.
Технический результат достигается тем, что устройство для экологически безопасной переработки органических субстратов в биогаз и удобрения состоит из гидравлически связанных первого аппарата механического разделения, анаэробного биореактора с иммобилизированной микрофлорой, снабженного выходом по биогазу и эффлюенту, анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой и второго аппарата механического разделения. Выходы жидкой фракции первого и второго аппаратов механического разделения связаны со входом анаэробного биореактора с иммобилизированной микрофлорой. Выход твердой фракции первого аппарата механического разделения связан со входом анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой, снабженного средствами обогрева. Дополнительно предусматривается аэробный биореактор, выход которого связан с входом первого аппарата механического разделения. Анаэробный биореактор с иммобилизированной микрофлорой, первый аппарат механического разделения размещены внутри корпуса аэробного биореактора. Анаэробный биореактор со взвешенной микрофлорой и второй аппарат механического разделения объединены в едином корпусе, размещенном под первым аппаратом механического разделения и под анаэробным биореактором с иммобилизированной микрофлорой. Выход твердой фракции первого аппарата механического разделения гидравлически связан с жидкостной частью второго аппарата механического разделения. Жидкостная часть второго аппарата механического разделения связана со входом анаэробного биореактора с иммобилизированной микрофлорой. Твердофазная часть второго аппарата механического разделения и рабочее пространство анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой объединены. Выход анаэробного биореактора с иммобилизированной микрофлорой по эффлюенту связан со средствами обогрева анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой. Выход аэробного биореактора по влажным газам связан с линией подачи исходного субстрата и входом аэробного биореактора посредством тепломассобменного аппарата смесительного типа.The technical result is achieved by the fact that the device for the environmentally friendly processing of organic substrates into biogas and fertilizers consists of a hydraulically coupled first mechanical separation apparatus, an anaerobic bioreactor with immobilized microflora, equipped with a biogas and effluent outlet, anaerobic bioreactor with suspended microflora and a second mechanical separation apparatus. The outputs of the liquid fraction of the first and second mechanical separation apparatus are connected to the input of an anaerobic bioreactor with immobilized microflora. The output of the solid fraction of the first mechanical separation apparatus is connected to the input of an anaerobic bioreactor with suspended microflora, equipped with heating means. Additionally, an aerobic bioreactor is provided, the output of which is connected to the input of the first mechanical separation apparatus. An anaerobic bioreactor with immobilized microflora, the first mechanical separation apparatus placed inside the body of the aerobic bioreactor. The anaerobic bioreactor with suspended microflora and the second mechanical separation apparatus are combined in a single housing located under the first mechanical separation apparatus and under the anaerobic bioreactor with immobilized microflora. The output of the solid fraction of the first mechanical separation apparatus is hydraulically connected to the liquid part of the second mechanical separation apparatus. The liquid part of the second mechanical separation apparatus is connected to the entrance of an anaerobic bioreactor with immobilized microflora. The solid-phase part of the second mechanical separation apparatus and the working space of the anaerobic bioreactor with suspended microflora are combined. The output of an anaerobic bioreactor with immobilized microflora by effluent is associated with means for heating an anaerobic bioreactor with suspended microflora. The output of the aerobic bioreactor for wet gases is connected with the feed line of the initial substrate and the inlet of the aerobic bioreactor by means of a heat-exchange apparatus of the mixing type.
Структурно-операторная схема устройства представлена на фигуре 1.The structural-operator diagram of the device shown in figure 1.
Биохимическую трансформацию исходного субстрата в целевые продукты - биогаз, стабилизированные и обеззараженные биошлам и эффлюент, - обеспечивают следующие группы процессов: аэробный автотермический гидролиз с частичной ацидофикацией 31, анаэробная биоконверсия в биогаз и эффлюент с использованием прикрепленной метаногенной микрофлоры 32, анаэробная биоконверсия в биогаз и биошлам с использованием взвешенной метаногенной микрофлоры 33. В свою очередь, указанные группы процессов состоят из процессов - массообменных, гидродинамических, биохимических. Интегральным результатом аэробных процессов является распад исходного органического вещества с одновременным приростом бактериальной биомассы (в среднем до 0,5 кг ХПК/ХПК исходного органического вещества) и выделением биологической теплоты, до 21 МДж/кг распавшегося вещества. Процесс осуществляется в условиях аэрации, удельное потребление кислорода при этом составляет в среднем 0,05 кг/МДж выделившегося биологического тепла. Интегральным результатом анаэробного процесса является распад исходного органического вещества с относительно малым приростом метаногенной биомассы (10% от потребленного ХПК) и выделением биогаза (90% от потребленного ХПК). Процесс осуществляется в условиях анаэробиоза и термостабилизации. В связи с объединением указанных групп в одном соответствующим образом секционированном устройстве теплогенерируюший аэробный процесс 31 находится в непосредственном тепловом контакте с термочувствительными анаэробными процессами 32 и 33. Такое техническое решение позволяет добиться исключения из состава устройства технически сложных средств нагрева исходного субстрата и термостабилизации анаэробных биореакторов. Дополнительно к биологическому выделению теплоты используется регенеративная утилизация энтальпийного тепла жидкого потока (эффлюент) 34 и скрытого тепла водяных паров парогазового потока 35, выделяемого в аэробном цикле. В совокупности это позволяет оптимизировать расход органического вещества на генерирование биологического тепла и биогаза и весь биогаз сделать товарным продуктом. Кроме того, непрореагировавший кислород частично утилизируется в регенеративном процессе 35, снижая тем самым нагрузку на аэрационно-перемешивающий процесс 36. Проведение в одном корпусе анаэробного процесса со взвешенной микрофлорой 34 и вторичного механического разделения 37 позволяет существенно снизить металлоемкость конструкции и добиться оптимальной степени уплотнения биомассы (до 85-93%, в зависимости от вида субстрата и режима обработки). Депонированный биошлам при этом, по мере необходимости, отбирается и смешивается с различными наполнителями (в зависимости от местных и технических условий и требований) в типовом процессе приготовления удобрений 38. Высокое качество удобрений обеспечивается:The following groups of processes provide the biochemical transformation of the initial substrate into the target products — biogas, stabilized and disinfected bio-sludge and effluent — aerobic autothermal hydrolysis with
- двухступенчатым обеззараживанием с термофильной (предпочтительно) первой ступенью 31;- two-stage disinfection with thermophilic (preferably) the
- высокой степенью стабилизации (соотношение углерода к азоту до 10);- a high degree of stabilization (carbon to nitrogen ratio up to 10);
- девитализацией семян сорняков;- devitalization of weed seeds;
- отсутствием потерь биогенных элементов.- lack of loss of nutrients.
Биогаз с этапов анаэробной биоконверсии с использованием прикрепленной метаногенной микрофлоры 32 и взвешенной метаногенной микрофлоры 33 смешивается и накапливается на этапе 39 для последующего использования внешними потребителями.Biogas from the stages of anaerobic bioconversion using attached
Конструктивная схема устройства представлена на фигуре 2.The structural diagram of the device shown in figure 2.
Устройство состоит из герметичного корпуса 1, предпочтительно цилиндрической формы. Внутри корпуса 1 размещены секции аэробного биореактора 2, первого аппарата механического разделения 3, анаэробного биореактора с иммобилизированной микрофлорой 4. В нижней части корпуса 1, под первым аппаратом механического разделения 3 и анаэробным биореактором с иммобилизированной микрофлорой 4 размещены объединенные в единый корпус 5 второй аппарат механического разделения 6 и анаэробный биореактор со взвешенной микрофлорой 7. Аэробный биореактор 2 снабжен штатными средствами для поддержания надлежащего перемешивания и аэрации - насосом 8 и трехпоточным аэратором типа сопла Вентури 9, а также циркуляционными патрубками 10 и 11, и патрубком отвода газов 12. Анаэробный биореактор с иммобилизированной микрофлорой 4 представляет собой биофильтр с восходящим потоком, в качестве иммобилизирующей загрузки может применяться объемный насыпной материал (например, обрезки ПВХ труб диаметром 10 мм) или современные высокопористые материалы типа «Флокор».The device consists of a sealed
Первый аппарат механического разделения 3 связан с аэробным биореактором 2 посредством переливного отверстия 13, в нижней части аппарата 3 имеется щель 14 с условным проходом не менее 150 мм, посредством которой он связан с жидкостной частью 15 второго аппарата механического разделения 6. Для повышения эффективности процесса седиментации аппарат 3 снабжен перегородкой 16. Анаэробный биореактор с иммобилизированной микрофлорой 4 связан с аппаратом 3 посредством переливного канала 17, который обеспечивает поступление осветленной жидкости из жидкостной части 18 аппарата 3 на вход 19 анаэробного биореактора 4. На выходе из анаэробного биореактора 4 размещена переливная труба 20 опускного типа для отведения жидкого эффлюента, а также газовое пространство 21 с патрубком для отведения биогаза 22.The first
Внутри корпуса 5 размещены жидкостная часть 15 второго аппарата механического разделения 6, а также его твердофазная часть 23, объединенная с рабочим пространством анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой 7. Твердофазная часть 23 снабжена трубой 24 для выгрузки уплотненного эффлюента за пределы устройства, а также средствами обогрева 25, например змеевиком, по которому циркулирует эффлюент.Inside the
Отведение биогаза осуществляется через патрубок 26 в газохранилище 27, куда биогаз поступает также из анаэробного биореактора 4. Корпус 5, корпус 1 устройства снабжен теплоизоляцией 28.The biogas is discharged through the
В верхней части устройства предусматривается тепломассобменный аппарат 29, связанный с линией подачи субстрата 30 и трехпоточным аэратором 9, а также с газоотводящим патрубком 12. Назначение аппарата 29 - регенеративный подогрев влажными газообразными продуктами аэробного процесса и преаэрация исходного субстрата. Конструкция аппарата 29 известного типа, например, с решетчатыми разрезными пластинами внутри герметичного цилиндрического корпуса.In the upper part of the device, a heat-
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исходный субстрат подается в тепломассобменный аппарат 29 по линии подачи субстрата 30 и далее в трехпоточный аэратор 9, в котором он подогревается и в известной степени насыщается кислородом. Далее субстрат подается на всас насоса 8 и через патрубок 10 поступает в секцию аэробного биореактора 2. Одновременно осуществляются аэрация субстрата, например, с использованием сопла Вентури 9 или другого аэрационного средства, и рециркуляционное подмешивание биомассы из секции аэрационного биореактра 2 через патрубок 11. В целях интенсификации процесса рециркуляционного перемешивания нагнетательный патрубок 10 может быть расположен тангенциально по отношению к корпусу 1.The initial substrate is supplied to the heat and
Процесс аэробного термофильного гидролиза в аэробном биореакторе 2 осуществляется в температурном диапазоне 50-60°C, с кратностью перемешивания не менее 1 1/час (по отношению к рабочему объему биомассы) и при подаче воздуха до 11 кг/кг сухих веществ за 1 цикл обработки. Продукты метаболизма в виде газов, состоящих в основном из диоксида углерода, вместе с инертной составляющей (азот) и непрореагировавшим кислородом отводятся через расположенный в верхней части корпуса 1 патрубок 12.The process of aerobic thermophilic hydrolysis in
В процессе аэробной обработки:In the process of aerobic treatment:
- достигается температура, оптимальная для проведения последующих анаэробных стадий обработки;- the temperature is reached optimal for the subsequent anaerobic stages of processing;
- осуществляется ферментативный гидролиз субстрата, в результате чего не менее 50% биоразлагаемого органического вещества переходит в растворенное и тонкодисперсное состояние;- enzymatic hydrolysis of the substrate is carried out, as a result of which at least 50% of the biodegradable organic matter passes into a dissolved and finely divided state;
- повышается щелочность субстрата;- increases the alkalinity of the substrate;
- происходит уничтожение патогенной микрофлоры, семян сорняков.- the destruction of pathogenic microflora, weed seeds occurs.
Процесс аэробной обработки производится в течение 0,5-1,5 суток, в зависимости от типа и характеристик субстрата.The aerobic treatment process is carried out within 0.5-1.5 days, depending on the type and characteristics of the substrate.
Аэробно обработанный субстрат поступает далее в первый аппарат (секцию) механического разделения 3 через переливное отверстие 13. В процессе гравитационного осаждения с использованием инерционных сил, возникающих из-за наличия перегородки 16, происходит разделение субстрата на жидкую и сгущенную фракции. Сгущенная фракция через щель 14 поступает в жидкостную часть 15 второго аппарата механического разделения 6. Осветленная (жидкая) фракция из жидкостной части 18 через переливной канал 17 отводится на вход 19 анаэробного биореактора с иммобилизированной (прикрепленной) микрофлорой 4. На вход 19 поступает также жидкая фракция из жидкостной части 15 второго аппарата (секции) механического разделения 6. Анаэробный биореактор с иммобилизированной микрофлорой 4 может функционировать в комбинированном (гибридном) режиме, при котором на входе 19 данного аппарата (секции) формируется гранулированный взвешенный слой анаэробной биомассы, после взаимодействия с которой жидкость поступает в секцию с иммобилизированной микрофлорой. При хороших седиментационных свойствах аэробно обработанного субстрата и высокой степени перехода органического вещества в растворенную и тонкодисперсную форму целесообразно использовать только прикрепленную (иммобилизированную) микрофлору.The aerobically treated substrate enters the first apparatus (section) of the
Образовавшийся биогаз из газового пространства 21 анаэробного биореактора 4 через патрубок 22 отводится в газохранилище 27.The resulting biogas from the
Размещение наиболее термочувствительного аппарата (секции) внутри устройства наряду с предварительным биологическим нагревом субстрата позволяет существенно повысить надежность и эффективность функционирования анаэробного биореактора 4 в широком диапазоне измерения температур исходного субстрата и окружающей среды. Распад органического вещества (по ХПК) может достигать 90-95%.Placing the most heat-sensitive apparatus (section) inside the device, along with preliminary biological heating of the substrate, can significantly increase the reliability and efficiency of the
Сгущенный субстрат (твердая фракция) через щель 14 по опускному каналу, образованному перегородкой 34, поступает в жидкую часть 15 второго аппарата (секции) механического разделения 6, в котором происходят два совмещенных процесса: вторичное разделение на жидкую и сгущенную (твердую) фракции и анаэробная переработка сгущенной (твердой) фракции в уплотненный эффлюент с выделением биогаза. Так как сгустительная (твердофазная) часть 23 аппарата (секции) 6 и рабочее пространство анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой 7 объединены в едином корпусе 5, то, соответственно, процессы уплотнения (сгущения) и анаэробной ферментации протекают одновременно. Биогаз через патрубок 26 отводится в газохранилище 27.The thickened substrate (solid fraction) through the
Анаэробная ферментация осуществляется в диапазоне влажностей 85-93%, за счет жизнедеятельности специализированной анаэробной микрофлоры, адаптированной к функционированию в мезофильных (верхний слой) и психрофильных (нижние слои) условиях. Для повышения стабильности процесса предусматривается стабилизация температурного режима посредством средств обогрева 25, например змеевика, в который по трубопроводу 20 подается эффлюент с температурой не менее 25°С. Уплотненная и стабилизированная твердая фаза (эффлюент) периодически или непрерывно выгружается из сгустительной (твердофазной) части 23 анаэробного биореактора со взвешенной микрофлорой 7 через трубу 24 с применением известных технических средств и используется в качестве удобрения. Эффлюент направляется на дальнейшую очистку.Anaerobic fermentation is carried out in a humidity range of 85-93%, due to the vital activity of specialized anaerobic microflora, adapted to function in mesophilic (upper layer) and psychrophilic (lower layers) conditions. To increase the stability of the process, stabilization of the temperature regime by means of heating means 25, for example, a coil, into which effluent with a temperature of at least 25 ° C is supplied, is provided. The densified and stabilized solid phase (effluent) is periodically or continuously discharged from the thickening (solid phase)
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013117257/13A RU2542107C2 (en) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Device for environmentally safe recycling of organic substrates into biogas and fertilisers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013117257/13A RU2542107C2 (en) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Device for environmentally safe recycling of organic substrates into biogas and fertilisers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013117257A RU2013117257A (en) | 2014-10-27 |
RU2542107C2 true RU2542107C2 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53289152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013117257/13A RU2542107C2 (en) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Device for environmentally safe recycling of organic substrates into biogas and fertilisers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542107C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2600996C2 (en) * | 2015-03-12 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Method of aerobic-anaerobic processing of liquid manure to produce biogas, effluent, biosludge and device for its implementation |
RU2774082C1 (en) * | 2021-11-15 | 2022-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" | System for the continuous disposal of the liquid fraction of cattle manure |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2140402A (en) * | 1983-05-23 | 1984-11-28 | Biosystem E Ab | Plant for processing organic material |
SU1709902A3 (en) * | 1985-02-01 | 1992-01-30 | Др.-Инж.Дипл.-Инж.Эрих Айгнер (Фирма) | Method and device for drying and conditioning of hen droppings |
US20090301150A1 (en) * | 2005-06-02 | 2009-12-10 | Camil Dutil | Method and system for the production of biofertilisers |
-
2013
- 2013-04-16 RU RU2013117257/13A patent/RU2542107C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2140402A (en) * | 1983-05-23 | 1984-11-28 | Biosystem E Ab | Plant for processing organic material |
SU1709902A3 (en) * | 1985-02-01 | 1992-01-30 | Др.-Инж.Дипл.-Инж.Эрих Айгнер (Фирма) | Method and device for drying and conditioning of hen droppings |
US20090301150A1 (en) * | 2005-06-02 | 2009-12-10 | Camil Dutil | Method and system for the production of biofertilisers |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2600996C2 (en) * | 2015-03-12 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Method of aerobic-anaerobic processing of liquid manure to produce biogas, effluent, biosludge and device for its implementation |
RU2774082C1 (en) * | 2021-11-15 | 2022-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" | System for the continuous disposal of the liquid fraction of cattle manure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013117257A (en) | 2014-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101759323B (en) | Treatment combined process for pig farm waste water with high nitrogen content | |
Molinuevo et al. | Anammox for ammonia removal from pig manure effluents: effect of organic matter content on process performance | |
CA2703715C (en) | System and method for anaerobic digestion of biomasses | |
CN101445305B (en) | Method for recycling and purifying livestock wastewater or high concentration wastewater | |
CN100469718C (en) | Equipment and method for treating wastewater difficult to be degraded by biology method of hydrolysis composite membrane | |
CN103922538B (en) | Livestock and poultry breeding wastewater treatment method | |
CN103086583B (en) | Device and method of enhancing sludge stability and sludge digestion liquid treatment | |
Sobhi et al. | Selecting the optimal nutrients recovery application for a biogas slurry based on its characteristics and the local environmental conditions: A critical review | |
CN102060423A (en) | Method for acquiring denitrified carbon source by fermenting surplus sludge | |
CN110104903A (en) | A kind of integration short distance nitration Anammox equipment and its treatment process | |
CN203144239U (en) | Organic wastewater treatment system | |
CN100579923C (en) | ''Earthworm-hydrophyte-anaerobic microorganism'' combined technique for treating organic waste water | |
CN103253831B (en) | Heterogeneous catalysis Fenton reagent oxidation fluidized bed-anaerobic biological fluidized bed coking wastewater deep treatment system | |
CN114686344A (en) | Methane production system based on recoverable composite mediator enhanced anaerobic digestion | |
CN108585407B (en) | Multi-technology coupling ecological toilet excrement and urine treatment system and method with subcritical hydrothermal liquefaction as core | |
RU2423323C2 (en) | Apparatus for anaerobic processing of substrates into biogas and fertiliser | |
RU2542107C2 (en) | Device for environmentally safe recycling of organic substrates into biogas and fertilisers | |
CN101898841A (en) | Composite nutrient recycling and methane purifying system matched with animal waste anaerobic fermentation | |
RU2505490C2 (en) | Device for utilisation of organic substrates with humidity 92-99% with obtaining organic manure and electric power | |
CN205398232U (en) | Electric installation is produced in dephosphorization of bio -membrane process denitrification | |
KR101040282B1 (en) | The hybrid biogas-liquid fertilizer system | |
CN213680271U (en) | Sewage treatment system based on two sludge denitrification dephosphorization and biological filter tower | |
RU2600996C2 (en) | Method of aerobic-anaerobic processing of liquid manure to produce biogas, effluent, biosludge and device for its implementation | |
CN201027190Y (en) | Device for processing wastewater with multi-chamber hydrolyzation-compound film biological process | |
RU2500628C2 (en) | Method of processing organic substrates into fertilisers and carrier of gaseous energy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150417 |