RU2576208C2

RU2576208C2 - Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation

Info

Publication number: RU2576208C2
Application number: RU2014121273/13A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Камайданов; Владимир Владимирович Лебедев
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2016-02-27
Also published as: RU2014121273A

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method for producing bioproducts and biogas from liquid chicken manure, according to which the original manure is subjected to successive mesophilic anaerobic treatment in the temperature range of 32-37°C with the duration of no more than one day, the thermophilic anaerobic treatment in the temperature range of 52-57°C with the duration of no longer than 6 days with production of biogas and the effluent, the effluent is separated into a liquid fraction with a moisture content over 97% and a solid fraction with a moisture content not greater than 90% to obtain solid and liquid fertilizers, protein and vitamin additives, the biogas is used to produce energy. The liquid fraction is subjected to anaerobic biofiltration in the recirculation mode to obtain additional amounts of biogas and liquid chicken manure liquid fraction of not more than 2000 mg/l, the solid fraction is subjected to solid phase anaerobic treatment in the psychrophilic or mesophilic mode to obtain the carbon to nitrogen ratio as C:N<10 and additional amounts of biogas. The device for production of bioproducts and energy from liquid chicken manure consists of series-connected mesophilic anaerobic bioreactor, thermophilic anaerobic bioreactor, effluent separation means into liquid and solid fractions, as well as a generator of energy, connected with the anaerobic bioreactors by the pipeline.

EFFECT: inventions enable to increase the depth of processing of organic matter of the initial substrate in combination with a more complete use of bioenergy potential.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области интенсивного птицеводства, реализуемого на промышленной (фабричной) основе в условиях крупных птицефабрик и ферм. В более узком смысле предлагаемое изобретение предназначено для реализации на птицефабриках (фермах) с клеточным (батарейным) содержанием птицы, в первую очередь, наиболее широко распространенных кур яичного и мясного направлений, с влажностью удаляемого помета свыше 92%. В основу предлагаемых способа и устройства положена анаэробная переработка с получением биогаза и обеззараженного стабилизированного продукта, пригодных для генерирования электрической и тепловой энергии и получения таких биопродуктов - удобрений и белково-витаминных добавок (премиксов) соответственно.The invention relates to the field of intensive poultry farming, implemented on an industrial (factory) basis in large poultry farms and farms. In a narrower sense, the present invention is intended for implementation in poultry farms (farms) with a cellular (battery) content of poultry, in the first place, the most widespread hens of egg and meat directions, with humidity of the removed litter over 92%. The proposed method and device is based on anaerobic processing to produce biogas and a stabilized disinfected product suitable for generating electric and thermal energy and for obtaining such bio-products - fertilizers and protein-vitamin supplements (premixes), respectively.

Предлагаемое изобретение может быть использовано на животноводческих комплексах (фермах), на которых:The present invention can be used on livestock complexes (farms), on which:

-предъявляются повышенные требования к охране окружающей природной среды;- Increased requirements for the protection of the environment;

-предъявляются повышенные требования к качеству органических удобрений и затруднена возможность организации непрерывного цикла их производства и использования;- increased demands are made on the quality of organic fertilizers and the possibility of organizing a continuous cycle of their production and use is hindered;

-имеется повышенная потребность в собственных энергоносителях.- There is an increased need for their own energy sources.

В наибольшей степени преимущества предлагаемого технического решения реализуются при переработке бесподстилочного куриного помета.To the greatest extent, the advantages of the proposed technical solution are realized in the processing of litterless chicken manure.

Известны способы и устройства аналогичного назначения, применяемые для анаэробной переработки бесподстилочного навоза, помета сельскохозяйственных животных, птицы, а также органических полисубстратов со сходными свойствами, например осадков сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.Known methods and devices of a similar purpose used for anaerobic processing of bedless manure, litter of farm animals, poultry, as well as organic polysubstrates with similar properties, for example, sludge biological treatment plants for domestic wastewater.

В кн. Лозановской И.Н., Орлова Д.С., Попова П.Д. «Теория и практика использования органических удобрений», М.: ВО «Агропромиздат», 1987, с. 75-77 представлены способ анаэробной переработки бесподстилочного навоза в биогаз и обеззараженный, стабилизированный биопродукт эффлюент, пригодный для приготовления твердых и жидких органических удобрений и кормовых добавок, и технологическая схема для его реализации. Биогаз используется для совместной выработки электрической и тепловой энергии для собственных нужд и нужд фермы (фабрики). При этом жидкая фракция обогащена аммиаком, в твердой фракции отсутствуют жизнеспособные семена сорняков. В сравнении с традиционными видами удобрений применение удобрений на основе эффлюента позволяет увеличить урожайность основных сельскохозяйственных культур на 15-30%; использование кормовых добавок дает возможность заменить до 10 - 15% основных кормов. Так как анаэробная переработка осуществляется в полностью закрытых биореакторах - метантенках, а полученный в них метан полностью сгорает при энергогенерации, достигается значительный экологический эффект за счет устранения эмиссии в атмосферу наиболее опасного парникового газа - метана. Например, применительно к птицефабрике на 500000 кур-несушек сокращение метановой эмиссии составляет не менее 800 т/год.In the book. Lozanovskaya I.N., Orlova D.S., Popova P.D. "Theory and practice of using organic fertilizers", M .: IN "Agropromizdat", 1987, p. 75-77, a method for anaerobic processing of bedless manure into biogas and a disinfected, stabilized bio-product effluent suitable for preparing solid and liquid organic fertilizers and feed additives, and a technological scheme for its implementation are presented. Biogas is used for the joint production of electric and thermal energy for their own needs and the needs of the farm (factory). In this case, the liquid fraction is enriched with ammonia, in the solid fraction there are no viable weed seeds. In comparison with traditional types of fertilizers, the use of fertilizers based on effluent allows you to increase the yield of main crops by 15-30%; the use of feed additives makes it possible to replace up to 10 - 15% of the main feed. Since anaerobic processing is carried out in completely closed bioreactors - digesters, and the methane obtained in them is completely burned during energy generation, a significant environmental effect is achieved by eliminating the emission of the most dangerous greenhouse gas into the atmosphere - methane. For example, in the case of a poultry farm for 500,000 laying hens, methane emission reduction is at least 800 t / year.

Основным недостатком аналога является высокий уровень капитальных вложений в основное оборудование из-за значительных объемов основных сооружений, метантенков обусловленных низкими удельными нагрузками по органическому веществу из-за потребности в дополнительном времени для гидролиза крупных органических включений (взвесей), различных кинетических характеристик процессов кислото- и метаногенеза, высокого содержания аммонийного азота - до 8 г/л, и ряда других причин. В результате продолжительность пребывания помета в анаэробном биореакторе может достигать 50 суток (см. Баадер В., Доне Е. И др. «Биогаз: теория и практика». М.: Колос, 1982, с. 24.). Другими недостатками являются: достаточно высокая вероятность проскока нестабилизированного органического вещества, приводящая к высоким значениям БПКп жидкой фракции и значительным остаточным газовыделениям при последующем хранении эффлюента и его фракций, а также потери аммонийного азота при хранении. В результате увеличиваются капитальные и энергетические затраты на доочистку жидкой фракции, происходит вторичное загрязнение атмосферы парниковыми и дурнопахнущими газами, ухудшается качество удобрений.The main disadvantage of the analogue is the high level of capital investments in the main equipment due to the significant volumes of the main structures, digesters caused by low specific loads of organic matter due to the need for additional time for the hydrolysis of large organic inclusions (suspensions), various kinetic characteristics of acid and methanogenesis, a high content of ammonium nitrogen - up to 8 g / l, and a number of other reasons. As a result, the duration of the litter stay in the anaerobic bioreactor can reach 50 days (see Baader V., Don E. et al. “Biogas: theory and practice.” M .: Kolos, 1982, p. 24.). Other disadvantages are: a rather high probability of a breakthrough of unstabilized organic matter, leading to high BOD values of the liquid fraction and significant residual gas emissions during subsequent storage of effluent and its fractions, as well as loss of ammonia nitrogen during storage. As a result, capital and energy costs for the post-treatment of the liquid fraction increase, secondary pollution of the atmosphere with greenhouse and foul smelling gases occurs, and the quality of fertilizers deteriorates.

В известной степени указанные недостатки устранены в технических решениях, приведенных в кн. Яковлева СВ., Воронова Ю.В. «Водоотведение и очистка сточных вод», М.: АСВ, 2004, стр. 472-475. Применение фазового разделения процесса анаэробной обработки исходного субстрата позволяет добиться рационального распределения времени основного цикла обработки между кислотообразующим и метаногенерирующим биореакторами, в которых поддерживаются оптимальные для каждой фазы условия. При этом быстродействующий кислотообразующий биореактор обеспечивает метаногенерирующий биореактор сбалансированным по составу питательным субстратом, что приводит к существенному улучшению кинетических показателей метаногенеза. При этом суммарная продолжительность анаэробной обработки снижается; при продолжительности кислотообразующей фазы до 2,5 сут длительность метаногенерирующей фазы не превышает 10-14 сут. Таким образом, суммарный объем наиболее капиталоемких анаэробных сооружений также снижается; сокращение объема может достигать 50 и более %. Температурный режим обработки в обоих биореакторах устанавливается в зависимости от типа субстрата и технологических ограничений; применительно к куриному помету оптимальной является схема «мезофильный - термофильный режимы» (Тарасов С.И., Ковалев А.А., Мерзлая Г.Е. и др. «Эффективность применения эффлюента», сб. научных трудов ВНИПТИОУ, вып. 2 «Научные основы и технологии производства и применения органических удобрений», М-В.: ВНИПТИОУ, 1999). При фазовом разделении процесса достигаются некоторые дополнительные эффекты: улучшаются водоотдающие свойства эффлюента, повышается относительное содержание метана в эффлюенте.To a certain extent, these shortcomings are eliminated in the technical solutions given in the book. Yakovleva SV., Voronova Yu.V. "Wastewater and wastewater treatment", M .: ASV, 2004, p. 472-475. The use of phase separation of the process of anaerobic treatment of the initial substrate allows us to achieve a rational distribution of the time of the main processing cycle between acid-forming and methane-generating bioreactors, in which the conditions are optimal for each phase. At the same time, a fast-acting acid-forming bioreactor provides a methanogenous bioreactor with a nutritionally balanced nutrient substrate, which leads to a significant improvement in the kinetic parameters of methanogenesis. In this case, the total duration of anaerobic treatment is reduced; with the duration of the acid-forming phase up to 2.5 days, the duration of the methane-generating phase does not exceed 10-14 days. Thus, the total volume of the most capital-intensive anaerobic structures also decreases; volume reduction can reach 50% or more. The temperature regime of processing in both bioreactors is set depending on the type of substrate and technological limitations; in relation to chicken droppings, the optimal scheme is “mesophilic - thermophilic modes” (Tarasov SI, Kovalev AA, Merzlaya G.E. et al. “Effectiveness of the use of effluent”, collection of scientific works VNIPTIOU, issue 2 “ Scientific fundamentals and technologies for the production and use of organic fertilizers ", M-V .: VNIPTIOU, 1999). During the phase separation of the process, some additional effects are achieved: the effluent properties of the effluent are improved, the relative methane content in the effluent is increased.

Реализация рассмотренного способа осуществляется в устройстве, приведенном на рис. 15.18, стр. 473, см. упомянутый источник (кн. Яковлева С.В., Воронова Ю.В). Устройство-прототип состоит из последовательно связанных друг с другом анаэробного биореактора 1 фазы, анаэробного биореактора 2 фазы, средств разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции. Генератором энергии может служить любое типовое устройство - паровой, водогрейный котлы, когенерационная установка на основе ГТУ или ДВС, см. рис. 15.15 упомянутого источника.The implementation of the considered method is carried out in the device shown in Fig. 15.18, p. 473, see the mentioned source (Prince Yakovleva S.V., Voronova Yu.V.). The prototype device consists of a series of anaerobic bioreactors of the first phase, anaerobic bioreactor of the second phase, means for separating the effluent into liquid and solid fractions. Any typical device can serve as an energy generator - steam, hot water boilers, a cogeneration unit based on gas turbines or internal combustion engines, see Fig. 15.15 of the mentioned source.

Основными недостатками прототипа являются недостаточно высокая степень гарантированной стабилизации эффлюента, приводящая к высоким значениям БПКп жидкой фракции (св. 2 г/л), повышенному отношению углерода к азоту и C:N в эффлюенте в целом (свыше 10) и в его фракциях. Хранение эффлюента и его фракций в типовом открытом хранилище приводит к остаточным газовыделениям и вторичному загрязнению атмосферы, а также потерям аммонийного азота.The main disadvantages of the prototype are the insufficiently high degree of guaranteed stabilization of the effluent, leading to high BOD values of the liquid fraction (St. 2 g / l), an increased ratio of carbon to nitrogen and C: N in the effluent as a whole (over 10) and in its fractions. Storage of effluent and its fractions in a typical open storage leads to residual gas emissions and secondary pollution of the atmosphere, as well as loss of ammonia nitrogen.

Задачей, решаемой в рамках предлагаемого изобретения, является устранение указанных недостатков.The problem to be solved within the framework of the invention is to eliminate these disadvantages.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого изобретения, является повышение глубины переработки органического вещества исходного субстрата в сочетании с более полным использованием биоэнергетического потенциала. Снижается или исключается эмиссия в атмосферу наиболее опасного парникового газа - метана, снижаются потери биогенных элементов эффлюента и его фракций, повышается качество органических удобрений и кормовых добавок на его основе. Образующаяся в наибольших количествах и опасная в экологическом отношении жидкая фракция становится пригодной для агротехнической утилизации или последующей обработки в аэротенках перед сбросом в водоемы или при подготовке к повторному использованию. Конечным результатом от использования предлагаемого изобретения является создание на его основе биоэнергетических установок высокого технического уровня как источников эффективного газообразного энергоносителя - метана, и биопродуктов высококачественных органических удобрений (удобрительных смесей), белково-витаминных добавок. Капитальные вложения в основное оборудование (метантенки) в сравнении с аналогами и прототипом существенно ниже, т.к. используются процессы интенсивного типа, за исключением твердофазного анаэробного биореактора - накопителя. Устройство функционирует существенно надежнее, т.к. выход из строя отдельного аппарата или даже технологического блока в отсутствие резервирования не приводит к полной остановке устройства.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to increase the depth of processing of organic matter of the initial substrate in combination with a more complete use of bioenergy potential. Emission to the atmosphere of the most dangerous greenhouse gas, methane, is reduced or eliminated, losses of nutrient elements of the effluent and its fractions are reduced, the quality of organic fertilizers and feed additives based on it is increased. The liquid fraction formed in the largest quantities and environmentally hazardous becomes suitable for agrotechnical disposal or subsequent treatment in aerotanks before being discharged into water bodies or in preparation for reuse. The end result from the use of the present invention is the creation on its basis of high-tech bioenergy plants as sources of an effective gaseous energy carrier - methane, and bio-products of high-quality organic fertilizers (fertilizer mixtures), protein and vitamin supplements. Capital investments in the main equipment (digesters) in comparison with analogues and prototype are significantly lower, because processes of an intensive type are used, with the exception of a solid-phase anaerobic bioreactor — a storage ring. The device functions much more reliably, because failure of a separate device or even a technological unit in the absence of redundancy does not lead to a complete stop of the device.

Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.

Исходный помет подвергают последовательно мезофильной анаэробной обработке в температурном диапазоне 32-37°С продолжительностью не более суток, термофильной анаэробной обработке в температурном диапазоне 52-57°С продолжительностью не более 6 суток с получением биогаза и эффлюента. Эффлюент разделяют на жидкую фракцию с влажностью более 97% и твердую фракцию с влажностью не более 90%. Биогаз используют для получения энергии. Жидкую фракцию подвергают анаэробной биофильтрации в рециркуляционном режиме с получением дополнительных количеств биогаза и значения БПКп жидкости не более 2000 мг/л, твердую фракцию подвергают твердофазной анаэробной обработке в психрофильном режиме с получением отношения углерода к азоту C:N<10 и дополнительных количеств биогаза. Полученные биопродукты используют для получения твердых и жидких удобрений и белково-витаминных добавок.The initial litter is subjected to sequentially mesophilic anaerobic treatment in a temperature range of 32-37 ° C for a duration of not more than a day, thermophilic anaerobic treatment in a temperature range of 52-57 ° C for a duration of not more than 6 days to obtain biogas and effluent. The effluent is divided into a liquid fraction with a moisture content of more than 97% and a solid fraction with a moisture content of not more than 90%. Biogas is used to produce energy. The liquid fraction is subjected to anaerobic biofiltration in a recirculation mode to obtain additional quantities of biogas and a BOD value of liquid of not more than 2000 mg / l, the solid fraction is subjected to solid-phase anaerobic treatment in a psychrophilic mode to obtain a carbon to nitrogen ratio C: N <10 and additional amounts of biogas. The resulting biological products are used to obtain solid and liquid fertilizers and protein-vitamin supplements.

Устройство для реализации способа состоит из последовательно соединенных мезофильного анаэробного биореактора, термофильного анаэробного биореактора, средств разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции и также генератора энергии. Генератор энергии связан с анаэробными биореакторами газопроводом. На выходе жидкой фракции из средств разделения эффлюента установлен анаэробный биофильтр, оснащенный средствами рециркуляции эффлюента. На выходе твердой фракции из средств разделения эффлюента установлен анаэробный биореактор с твердофазным режимом обработки. Анаэробный биофильтр и твердофазный анаэробный биореактор связаны с генератором энергии посредством дополнительного газопровода.A device for implementing the method consists of a series-connected mesophilic anaerobic bioreactor, a thermophilic anaerobic bioreactor, means for separating the effluent into liquid and solid fractions, and also an energy generator. An energy generator is connected to anaerobic bioreactors by a gas pipeline. An anaerobic biofilter equipped with effluent recirculation means is installed at the outlet of the liquid fraction from the effluent separation means. An anaerobic bioreactor with a solid-phase processing mode is installed at the output of the solid fraction from the effluent separation means. An anaerobic biofilter and a solid-phase anaerobic bioreactor are connected to the energy generator through an additional gas pipeline.

Научно-практические работы, выполненные авторами с использованием пилотных установок в условиях птицефабрики яичного направления, подтвердили эффективность представленного технического решения, см. Тарасов С.И., Ковалев А.А., Мерзлая Г.Е. и др. «Эффективность применения эффлюента», сб. научных трудов ВНИПТИОУ, вып. 2 «Научные основы и технологии производства и применения органических удобрений», М-В.: ВНИПТИОУ, 1999.Scientific and practical work carried out by the authors using pilot plants in an egg poultry farm confirmed the effectiveness of the presented technical solution, see Tarasov S.I., Kovalev A.A., Merzlaya G.E. and others. "Effectiveness of the use of effluent", sb. scientific works of VNIPTIOU, vol. 2 "Scientific foundations and technologies for the production and use of organic fertilizers", M-V .: VNIPTIOU, 1999.

Структурная схема способа получения биопродуктов и биогаза из бесподстилочного куриного помета представлена на фигуре 1.The structural diagram of a method for producing bioproducts and biogas from litterless chicken manure is presented in figure 1.

Исходный, очищенный от крупных инородных включений помет влажностью 92-96% направляют в блок мезофильной анаэробной обработки 1, в котором производятся анаэробный или аноксидный гидролиз, кислотогенез и в известной степени метаногенез, осуществляемые соответствующим консорциумом бактерий. Температура процесса 32-37°С (мезофильный режим), при этом высокая точность поддержания указанного температурного режима не требуется. Процесс осуществляется в условиях интенсивного перемешивания. Продолжительность обработки не более суток. Распад органического вещества при этом незначителен и не превышает 10-15% от исходного.The initial litter with a moisture content of 92-96%, purified from large foreign inclusions, is sent to the mesophilic anaerobic processing unit 1, in which anaerobic or anoxic hydrolysis, acidogenesis and, to a certain extent, methanogenesis are carried out by an appropriate consortium of bacteria. The process temperature is 32-37 ° C (mesophilic regime), while high accuracy of maintaining the specified temperature regime is not required. The process is carried out in conditions of intensive mixing. The processing time is not more than a day. The decomposition of organic matter is negligible and does not exceed 10-15% of the original.

Подготовленный таким образом помет представляет собой питательный субстрат для последующей метаногенной, фазы, реализуемой в блоке термофильной анаэробной обработки 2 в температурном диапазоне 52-57°С. На данном этапе осуществляется относительно быстрый перевод основной массы биоразлагаемого органического вещества в биогаз, содержащий до 80% метана, и в существенно меньшей степени - в биомассу (до 10%). Доминирующей является метаногенная группа микроорганизмов. Требования к соблюдению температурного режима более высокие (допустимое отклонение 2°С). Интенсивность перемешивания в сравнении с 1 фазой более низкая, с кратностью обмена биомассы 1-3 сут^-1. Продолжительность обработки не более 6 суток. Эффлюент представляет собой обеззараженный стабилизированный биопродукт с повышенным содержанием аммонийного азота.Thus prepared litter is a nutrient substrate for the subsequent methanogenic phase realized in the thermophilic anaerobic treatment unit 2 in the temperature range of 52-57 ° C. At this stage, the bulk of the biodegradable organic matter is converted relatively quickly to biogas containing up to 80% methane and, to a much lesser extent, to biomass (up to 10%). The dominant is the methanogenic group of microorganisms. The requirements for observing the temperature regime are higher (permissible deviation 2 ° C). The intensity of mixing in comparison with the 1st phase is lower, with a multiplicity of biomass exchange of 1-3 days ^-1 . The processing time is not more than 6 days. Effluent is a disinfected stabilized biological product with a high content of ammonium nitrogen.

Далее в блоке разделения 3 эффлюент разделяют на жидкую фракцию с влажностью более 97% и твердую фракцию с влажностью не более 90%. Твердую фракцию направляют в блок твердофазной анаэробной обработки 4, в котором в течение произвольного времени (от нескольких суток до нескольких месяцев) происходит окончательный распад нестабильного органического вещества с выделением биогаза, который улавливается и направляется на утилизацию в генераторе энергии. Дополнительно происходит уплотнение массы до значений относительной влажности, удешевляющих и упрощающих последующее приготовление удобрительных смесей (75-80%). Температурный режим - психрофильный или, при соответствующем обосновании, - мезофильный. Перемешивание не осуществляется или осуществляется в незначительной степени (с кратностью циркуляции <1 сут^-1).Next, in the separation unit 3, the effluent is separated into a liquid fraction with a moisture content of more than 97% and a solid fraction with a moisture content of not more than 90%. The solid fraction is sent to the solid-phase anaerobic treatment unit 4, in which, during an arbitrary time period (from several days to several months), the unstable organic matter is finally decomposed with the release of biogas, which is captured and sent for utilization in the energy generator. Additionally, the mass is compacted to values of relative humidity, which reduce the cost and simplify the subsequent preparation of fertilizer mixtures (75-80%). The temperature regime is psychrophilic or, with appropriate justification, mesophilic. Mixing is not carried out or is carried out to a small extent (with a multiplicity of circulation <1 day ^-1 ).

Жидкую фракцию направляют в блок анаэробной биофильтрации 5, который обеспечивает окончательную стабилизацию жидкой фракции со снижением БПКп до значения не более 2 г/л с получением дополнительных количеств биогаза. Биогаз используют для получения дополнительной энергии. Достигаемое относительное содержание аммонийного азота во вторичном эффлюенте составляет 50-75% от общего содержания азота, что делает вторичный эффлюент ценным сырьем для приготовления жидких удобрений (подкормок). Обработка осуществляется в режиме рециркуляции; продолжительность может составлять от нескольких часов до нескольких суток (для крупноразмерных установок). Обработанная таким образом жидкая фракция пригодна для длительного хранения в накопителях (при последующем агротехническом использовании) или для последующей обработки в высоконагруженных аэротенках (перед сбросом в водоем или при получении технической воды).The liquid fraction is sent to the anaerobic biofiltration unit 5, which provides the final stabilization of the liquid fraction with a decrease in BOD to a value of no more than 2 g / l to obtain additional quantities of biogas. Biogas is used for additional energy. The achieved relative content of ammonia nitrogen in the secondary effluent is 50-75% of the total nitrogen content, which makes the secondary effluent a valuable raw material for the preparation of liquid fertilizers (top dressing). Processing is carried out in recirculation mode; the duration can be from several hours to several days (for large installations). The liquid fraction thus treated is suitable for long-term storage in storage tanks (with subsequent agrotechnical use) or for subsequent processing in highly loaded aerotanks (before discharge into a pond or upon receipt of industrial water).

Принципиальная технологическая схема устройства для реализации способа утилизации органических субстратов представлена на фигуре 2.Schematic diagram of a device for implementing the method of disposal of organic substrates is presented in figure 2.

Мезофильный анаэробный биореактор 1, в котором реализуется первая фаза анаэробной обработки, представляет собой аппарат с герметичным корпусом 2, снабженным патрубками для загрузки помета 3, выгрузки субстрата 4 и отведения биогаза 5, теплообменным регистром 6 и средствами механического перемешивания 7 известных типов. Предпочтительный режим функционирования непрерывно-циклический. Температура биомассы t1 поддерживается посредством циркуляции теплоносителя (например, воды) между генератором энергии 8 и теплообменным регистром 6. Выгрузка подготовленного помета (субстрата) производится через патрубок выгрузки 4 в патрубок загрузки субстрата 9 термофильного анаэробного биореактора 10 в момент загрузки исходной партии помета в мезофильный анаэробный биореактор 1. Биогаз через патрубок 5 отводится в газохранилище 11 известного типа.The mesophilic anaerobic bioreactor 1, in which the first phase of anaerobic treatment is implemented, is an apparatus with a sealed housing 2, equipped with nozzles for loading litter 3, unloading the substrate 4 and removing biogas 5, heat transfer register 6 and mechanical mixing means 7 of known types. The preferred mode of operation is continuous cyclic. The biomass temperature t1 is maintained by circulating a coolant (for example, water) between the energy generator 8 and the heat exchange register 6. The prepared litter (substrate) is unloaded through the discharge pipe 4 into the loading pipe of the substrate 9 of the thermophilic anaerobic bioreactor 10 at the time of loading the initial batch of the litter into the mesophilic anaerobic bioreactor 1. Biogas through the pipe 5 is discharged into the gas storage 11 of a known type.

Термофильный анаэробный биореактор 10 может быть смесительного или вытеснительного типа. Аппарат снабжен герметичным корпусом 12 с патрубками загрузки субстрата 9, выгрузки эффлюента 13 и отведения биогаза 14, теплообменным регистром 15 и средствами механического перемешивания 16. Температура биомассы t2 поддерживается посредством циркуляции теплоносителя между генератором энергии 8 и теплообменным регистром 15. Выгрузка эффлюента производится через патрубок выгрузки 13 в средство разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции в момент загрузки исходной порции субстрата. Биогаз через патрубок 14 отводится в газохранилище 11.The thermophilic anaerobic bioreactor 10 may be of a mixing or displacement type. The apparatus is equipped with a sealed housing 12 with nozzles for loading the substrate 9, discharging the effluent 13 and biogas discharge 14, a heat exchange register 15 and mechanical mixing means 16. The biomass temperature t2 is maintained by circulating the coolant between the energy generator 8 and the heat exchange register 15. The effluent is discharged through the discharge nozzle 13 into the means for separating the effluent into liquid and solid fractions at the time of loading the initial portion of the substrate. Biogas through the pipe 14 is discharged into the gas storage 11.

Средства разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции 17 могут быть механическими известных типов (отстойник, центрифуга, пресс, пресс-фильтр, а также комплексы на их основе) или тепловыми (сушилка), обеспечивающими влажность твердой фракции не выше 90%. Возможна комбинация механических и тепловых средств.The means for separating the effluent into liquid and solid fractions 17 can be of known mechanical types (sedimentation tank, centrifuge, press, press filter, and also complexes based on them) or thermal (dryer), ensuring the moisture content of the solid fraction not higher than 90%. A combination of mechanical and thermal means is possible.

На выходе жидкой фракции из средства разделения эффлюента установлен анаэробный биофильтр 18, который может быть интенсивного типа, например с расширенным или взвешенным слоем загрузки 19, или крупноразмерный накопительного типа, см. фигуру 3. В анаэробном биофильтре интенсивного типа 18 предусматриваются герметичный вертикальный корпус 20 с загрузочно-накопительным 21, разгрузочным 22 устройствами и циркуляционным насосом 23, составляющими единый циркуляционный контур. Разгрузочное устройство 22 оборудовано гидрозатвором, обеспечивающим внутри корпуса 20 анаэробный режим. Отведение биогаза из разгрузочного устройства 22 осуществляется в газохранилище 11. Эффлюент из загрузочно-накопительного устройства 21 направляется на приготовление жидких удобрений. Теплообменный регистр 24 обеспечивает поддержание температуры биомассы t3, для чего предусматривается контур циркуляции теплоносителя между генератором энергии 8 и теплообменным регистром 24. При вакуумно-конденсационном способе разделения на фракции, а также применении быстродействующих адиабатных механических сгустителей (центрифуг, прессов) температура жидкой фазы соответствует термофильному диапазону или отличается незначительно. Теплообменный регистр 24 предусматривается в основном для зимнего режима эксплуатации.An anaerobic biofilter 18 is installed at the outlet of the liquid fraction from the effluent separation means, which can be of an intensive type, for example, with an expanded or weighed loading layer 19, or a large-sized accumulative type, see figure 3. An airtight vertical case 20 is provided in the anaerobic intensive filter 18 loading and storage 21, unloading 22 devices and a circulation pump 23, constituting a single circulation circuit. The unloading device 22 is equipped with a water lock that provides anaerobic conditions inside the housing 20. The biogas is removed from the unloading device 22 to the gas storage 11. The effluent from the loading and storage device 21 is directed to the preparation of liquid fertilizers. The heat exchange register 24 maintains the biomass temperature t3, for which a heat carrier circulation loop is provided between the energy generator 8 and the heat exchange register 24. With the vacuum-condensation method of fractionation, as well as the use of high-speed adiabatic mechanical thickeners (centrifuges, presses), the temperature of the liquid phase corresponds to the thermophilic range or differs slightly. The heat transfer register 24 is provided mainly for winter operation.

На выходе твердой фракции из средств разделения эффлюента установлен твердофазный анаэробный биореактор 25, который дополнительно выполняет функции герметичного накопителя и уплотнителя с отбором биогаза в газохранилище 11. Сбор и промежуточное накопление биогаза осуществляется под гибким, жестким или плавающим перекрытием 26 известного типа. Уплотненный эффлюент через механизм выгрузки 27 по мере необходимости направляется на приготовление твердых удобрений. Надосадочная жидкость через жидкостной патрубок 28 отводится на доочистку. Таким образом, биореактор 25 функционирует в периодическом режиме, что обуславливает его значительный объем в сравнении с биореакторами 1 и 10. Его применение позволяет отказаться от неэффективных и экологически опасных накопителей традиционного типа. Таким образом, весь биогаз, производимый в биореакторах 1, 10, 25 и в анаэробном биофильтре 18 отводится в газохранилище 11 и далее к генератору энергии, для чего предусмотрен дополнительный газопровод 29.At the outlet of the solid fraction from the effluent separation means, a solid-phase anaerobic bioreactor 25 is installed, which additionally performs the functions of a sealed accumulator and a sealant with biogas extraction in the gas storage 11. The biogas are collected and intermediate accumulated under a flexible, rigid or floating floor 26 of a known type. The compacted effluent through the unloading mechanism 27 is sent, as necessary, to the preparation of solid fertilizers. The supernatant through the fluid pipe 28 is discharged for purification. Thus, the bioreactor 25 operates in periodic mode, which leads to its significant volume in comparison with the bioreactors 1 and 10. Its use allows you to abandon inefficient and environmentally hazardous drives of the traditional type. Thus, all the biogas produced in the bioreactors 1, 10, 25 and in the anaerobic biofilter 18 is discharged into the gas storage 11 and further to the energy generator, for which an additional gas pipeline 29 is provided.

Конструктивная схема заглубленного крупноразмерного анаэробного биофильтра представлена на фигуре 3.A structural diagram of a buried large-sized anaerobic biofilter is presented in figure 3.

Крупноразмерный анаэробный биофильтр 1 перегородочного типа состоит из горизонтального заглубленного или обвалованного герметичного корпуса 2, снабженного патрубками загрузки 3 и выгрузки 4, разгрузочным колодцем 5 и погружным насосом 6. Наличие полупогружных перегородок 7 существенно увеличивает продолжительность пребывания первичного эффлюента в биофильтре, этому же способствует наличие средств рециркуляции. Биогаз отводится в газохранилище 11. Данная конструкция позволяет совместить функции биофильтра и накопителя при гарантированном обеспечении необходимого уровня стабилизации эффлюента. В случае необходимости в повторном использовании воды или при сбросе в водоем биологическая нагрузка на последующие стадии аэробной очистки может быть дополнительно снижена путем введения секций биофильтрации с восходящим 8 и нисходящим 9 потоками. Такое техническое решение приведет к существенному снижению уровня энергоемкости всей системы очистки в целом. Сооружение работает в психрофильном режиме, обогрев и перемешивание не предусматриваются, энергия расходуется на рециркуляцию и перекачку жидкости.The large-sized anaerobic biofilter 1 of the septum type consists of a horizontal buried or bunched sealed casing 2, equipped with loading nozzles 3 and unloading 4, a discharge well 5 and a submersible pump 6. The presence of semi-submerged baffles 7 significantly increases the length of time the primary effluent stays in the biofilter, this is also facilitated by the availability of funds recycling. Biogas is diverted to gas storage 11. This design allows you to combine the functions of a biofilter and a storage tank while ensuring the necessary level of stabilization of the effluent. If it is necessary to reuse water or discharge it into a body of water, the biological load on the subsequent stages of aerobic treatment can be further reduced by introducing biofiltration sections with ascending 8 and descending 9 flows. Such a technical solution will lead to a significant reduction in the energy intensity of the entire treatment system as a whole. The construction works in a psychrophilic mode, heating and mixing are not provided, energy is spent on recirculation and pumping fluid.

Конструктивная схема заглубленного твердофазного анаэробного биореактора большой вместимости горизонтального типа с психрофильным режимом работы представлена на фигуре 4.The structural diagram of a buried solid-phase anaerobic bioreactor of large capacity horizontal type with a psychrophilic mode of operation is presented in figure 4.

Заглубленный твердофазный анаэробный биореактор большой вместимости горизонтального типа 1 выполнен в виде вытянутого параллелепипеда с загрузочным 2 и разгрузочным 3 гидрозатворами, гидроизолированный корпус 4 в нижней части оснащен наклонным днищем 5, в верхней части - газосборным колпаком 6 плавающего или жесткого типа. Средства рециркуляции, обогрева и перемешивания отсутствуют, режим работы - непрерывно-циклический или периодический, с единовременной выгрузкой не более 0,7 объема.A large-capacity deep-seated solid-phase anaerobic bioreactor of horizontal type 1 is made in the form of an elongated parallelepiped with loading 2 and discharge 3 hydraulic locks, the waterproofed housing 4 is equipped with an inclined bottom 5 in the lower part, and a floating or rigid gas collecting cap 6 in the upper part. Means of recirculation, heating and mixing are absent, the operating mode is continuous-cyclic or periodic, with a one-time unloading of not more than 0.7 volume.

Конструктивная схема заглубленного психрофильного анаэробного биореактора большой вместимости вертикального типа представлена на фигуре 5.The structural diagram of a buried psychrophilic anaerobic bioreactor of large capacity of the vertical type is presented in figure 5.

Заглубленный твердофазный анаэробный биореактор большой вместимости вертикального типа 1 выполнен в виде цилиндра с загрузочным патрубком 2 и разгрузочным устройством 3. Герметичный корпус 4 в верхней части оснащен газосборным колпаком 5 плавающего или эластичного типа. Корпус 4 в вертикальной плоскости секционирован посредством вертикальной перегородки 6, в нижней части оснащен наклонным днищем 7. В отличие от биореактора согласно фигуре 4 биореактор вертикального типа является эффективным уплотнителем, обеспечивая снижение относительной влажности твердой фракции до 75 - 80%. Надосадочная вода через жидкостной гидрозатвор 8 отводится на доочистку. Средства рециркуляции, обогрева и перемешивания отсутствуют, режим работы - непрерывно-циклический или периодический с единовременной выгрузкой не более 0,75 объема.The buried solid-phase anaerobic bioreactor of large capacity of vertical type 1 is made in the form of a cylinder with a loading nozzle 2 and an unloading device 3. The sealed housing 4 in the upper part is equipped with a gas collecting cap 5 of a floating or elastic type. The housing 4 in the vertical plane is partitioned by means of a vertical partition 6, in the lower part it is equipped with an inclined bottom 7. In contrast to the bioreactor according to figure 4, the vertical type bioreactor is an effective sealant, providing a decrease in the relative humidity of the solid fraction to 75 - 80%. The supernatant water is discharged through a liquid trap 8 for further treatment. Means of recirculation, heating and mixing are absent, the operating mode is continuous-cyclic or periodic with a single discharge of not more than 0.75 volume.

Предлагаемое изобретение применительно к птицефабрике на 500000 кур-несушек позволяет достичь интегрального выхода биогаза, близкого к практическому пределу - 6643 м³/сут. Данный показатель приблизительно в 2,1 раза превышает аналогичный показатель, приведенный в кн. Лысенко В.П. «Переработка отходов птицеводства». С.-Посад.: ВНИТИП, 1998, стр. 80. Соответственно, снижаются вредные выбросы в атмосферу, решается проблема промежуточного хранения эффлюента и его фракций без потери удобрительных свойств.The present invention with respect to a poultry farm for 500,000 laying hens allows to achieve an integrated biogas yield close to the practical limit of 6643 m ³ / day. This indicator is approximately 2.1 times higher than the same indicator given in the book. Lysenko V.P. "Processing of poultry waste." S.-Posad .: VNITIP, 1998, p. 80. Correspondingly, harmful emissions into the atmosphere are reduced, the problem of intermediate storage of effluent and its fractions without loss of fertilizing properties is solved.

Claims

1. A method of producing bioproducts and biogas from litterless chicken manure, according to which the initial litter is subjected to sequentially mesophilic anaerobic treatment in a temperature range of 32-37 ° C for a duration of not more than a day, thermophilic anaerobic treatment in a temperature range of 52-57 ° C for a duration of not more than 6 days to obtain biogas and effluent, the effluent is separated into a liquid fraction with a moisture content of more than 97% and a solid fraction with a moisture content of not more than 90% to obtain solid and liquid fertilizers and protein-vitamin D curls, biogas is used to produce energy, characterized in that the liquid fraction is subjected to anaerobic biofiltration in a recirculation mode to obtain additional biogas and a BOD value of the liquid fraction of not more than 2000 mg / l, the solid fraction is subjected to solid-phase anaerobic treatment in a psychrophilic or mesophilic mode to obtain carbon to nitrogen ratios C: N <10 and additional amounts of biogas.

2. A device for producing bioproducts and energy from litterless chicken manure, consisting of a series-connected mesophilic anaerobic bioreactor, thermophilic anaerobic bioreactor, means for separating the effluent into liquid and solid fractions, as well as an energy generator associated with the anaerobic bioreactors by a gas pipeline, characterized in that An anaerobic biofilter equipped with effluent recirculation means is installed at the exit of the liquid fraction from the effluent separation means. In order to separate the effluent into fractions, an additional anaerobic bioreactor with a solid-phase processing mode is installed, and the anaerobic biofilter and solid-phase anaerobic bioreactor are connected to the energy generator by an additional gas pipeline.