RU2788787C1 - Method for anaerobic processing of liquid organic wastes with ozone pretreatment in a vortex layer apparatus - Google Patents
Method for anaerobic processing of liquid organic wastes with ozone pretreatment in a vortex layer apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788787C1 RU2788787C1 RU2022118607A RU2022118607A RU2788787C1 RU 2788787 C1 RU2788787 C1 RU 2788787C1 RU 2022118607 A RU2022118607 A RU 2022118607A RU 2022118607 A RU2022118607 A RU 2022118607A RU 2788787 C1 RU2788787 C1 RU 2788787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vortex layer
- treatment
- layer apparatus
- digester
- waste
- Prior art date
Links
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 19
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 210000003608 Feces Anatomy 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 3
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 3
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 3
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010807 litter Substances 0.000 description 2
- 230000000813 microbial Effects 0.000 description 2
- 239000003895 organic fertilizer Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 210000000170 Cell Membrane Anatomy 0.000 description 1
- 206010008415 Chediak-Higashi syndrome Diseases 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 240000006669 Helianthus annuus Species 0.000 description 1
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 240000008529 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- -1 ammonium nitrogen Chemical compound 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001461 cytolytic Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000696 methanogenic Effects 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005949 ozonolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 241001148471 unidentified anaerobic bacterium Species 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 235000021307 wheat Nutrition 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов, пригодных к дальнейшему использованию в условиях производств - их источников или в смежных областях.The invention relates to the field of utilization of concentrated organic substrates suitable for further use in production conditions - their sources or in related fields.
Источниками концентрированных органических субстратов являются предприятия агропромышленного комплекса - животноводческие и птицеводческие комплексы (бесподстилочный навоз, помет), перерабатывающие предприятия. В жилищно-коммунальном хозяйстве такими субстратами являются избыточный активный ил, осадки городских очистных сооружений.Sources of concentrated organic substrates are enterprises of the agro-industrial complex - livestock and poultry complexes (non-litter manure, litter), processing enterprises. In housing and communal services, such substrates are excess activated sludge, sediments from urban wastewater treatment plants.
К перспективному развитию биотехнологии для утилизации органических отходов относится интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и усовершенствования оборудования, так и за счет использования катализаторов процесса. Важным этапом биотехнологического производства полезных продуктов из органических отходов является тщательная подготовка исходного сырья перед анаэробной обработкой с целью создания питательной среды для жизнедеятельности микробного сообщества и получение качественной смеси, подаваемой для переработки в основной аппарат-биореактор (метантенк).The promising development of biotechnology for the utilization of organic waste includes the intensification of bioprocesses both by increasing the potential of biological agents and improving equipment, and by using process catalysts. An important step in the biotechnological production of useful products from organic waste is the thorough preparation of the feedstock before anaerobic treatment in order to create a nutrient medium for the life of the microbial community and obtain a high-quality mixture fed for processing into the main bioreactor (methane tank).
Все известные устройства и способы 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.All known devices and methods with a single processing technology, which consists in creating conditions for microbiological processing of biomass by methane-forming anaerobic bacteria in one or several stages, provide for the preparation of raw materials from simple mixing to thorough grinding of the mixture before loading into the bioreactor.
Клетчатка (целлюлоза, входящая в состав клеточных оболочек всех высших растений) не переваривается животными, поэтому навоз содержит её в большом количестве, причём в измельчённом виде.Fiber (cellulose, which is part of the cell membranes of all higher plants) is not digested by animals, so manure contains it in large quantities, and in crushed form.
Известно, что предварительное озонирование образцов (целлолигнин, древесные опилки, подсолнечная лузга, пшеничная солома) в процессе их биоконверсии в сахара, увеличивает скорость и степень их гидролиза под действием целлюлолитических ферментов. (Ковалева Валентина Владимировна. Окислительная деструкция лигнина и лигноцеллюлозных материалов под действием озона. Диссертация кандидата химических наук, МГУ, 2000 г.)It is known that preliminary ozonation of samples (cellolignin, sawdust, sunflower husks, wheat straw) in the process of their bioconversion into sugars increases the rate and degree of their hydrolysis under the action of cellulolytic enzymes. (Kovaleva Valentina Vladimirovna. Oxidative destruction of lignin and lignocellulosic materials under the action of ozone. Thesis of a candidate of chemical sciences, Moscow State University, 2000)
Известен способ для переработки различных жидких органических отходов, например навоза, птичьего помета и т.п., в биогаз и жидкое органическое удобрение (патент РФ №2370457, МПК C02F 3/28, опубл. 20.10.2009). Для интенсификации процесса сбраживания при подготовке сырья исходное сырье измельчают, перемешивают и дополнительно подают жидкость, полученную из влажного органического удобрения после слива из анаэробного биореактора.A known method for processing various liquid organic waste, such as manure, bird droppings, etc., into biogas and liquid organic fertilizer (RF patent No. 2370457, IPC C02F 3/28, publ. 20.10.2009). To intensify the fermentation process in the preparation of raw materials, the feedstock is crushed, mixed, and additionally, the liquid obtained from the wet organic fertilizer after draining from the anaerobic bioreactor is supplied.
Недостатком известного способа являются высокие энергетические затраты на процесс измельчения и перемешивания.The disadvantage of this method is the high energy costs for the process of grinding and mixing.
Известен способ получения органических удобрений из продуктов жизнедеятельности животных с целью их утилизации и получения высокоэффективного удобрения диспергированием органической составляющей, гидроударным воздействием на смесь в процессе ее циркуляции по замкнутому контуру (патент РФ №2258686, МПК C05F 3/00, опубл. 20.08.2005).A known method of obtaining organic fertilizers from animal waste products for the purpose of their disposal and obtaining highly effective fertilizer by dispersion of the organic component, hydropercussion effect on the mixture in the process of its circulation in a closed circuit (RF patent No. 2258686, IPC C05F 3/00, publ. 20.08.2005) .
Недостатком известного способа являются высокие затраты электрической энергии на процесс диспергирования, поскольку энергия привода диспергатора расходуется на нагрев жидкости до высоких температур (97°С).The disadvantage of this method is the high cost of electrical energy for the dispersion process, since the energy of the dispersant drive is spent on heating the liquid to high temperatures (97°C).
Известен способ переработки органических субстратов в удобрения и газообразный энергоноситель, в котором исходный субстрат подвергают аэробной обработке с образованием нагретого и гидролизованного субстрата и нагретых влажных кислородосодержащих газов, анаэробный обработке с образованием нагретого эффлюента и биогаза и разделению на фракции, в котором разделение на фракции производят после аэробной обработки, анаэробной обработке подвергают жидкую фракцию, нагретый эффлюент используют в качестве теплоносителя для регулирования теплового режима аэробной обработки и в качестве источника аммонийного азота для обогащения твердой фракции, а нагретые влажные кислородосодержащие газы используют для предварительного нагрева и аэрации исходного субстрата (патент РФ №2500628, МПК C02F 11/02, C02F 11/12, B09B 3/00, опубл. 10.12.2013, Бюл. №34).There is a known method for processing organic substrates into fertilizers and a gaseous energy carrier, in which the original substrate is subjected to aerobic treatment with the formation of a heated and hydrolyzed substrate and heated moist oxygen-containing gases, anaerobic treatment with the formation of a heated effluent and biogas and fractionation, in which fractionation is carried out after aerobic treatment, the liquid fraction is subjected to anaerobic treatment, the heated effluent is used as a heat carrier to control the thermal regime of aerobic treatment and as a source of ammonium nitrogen to enrich the solid fraction, and heated moist oxygen-containing gases are used for preheating and aeration of the initial substrate (RF patent No. 2500628 , IPC C02F 11/02, C02F 11/12, B09B 3/00, published 12/10/2013, Bull. No. 34).
Недостатком известного способа является распад части органического вещества (до 15%) на стадии аэробной предобработки, за счет аэробного окисления органического вещества, что приводит к пропорциональному снижению выхода биогаза.The disadvantage of this method is the decomposition of part of the organic matter (up to 15%) at the stage of aerobic pretreatment, due to aerobic oxidation of organic matter, which leads to a proportional decrease in biogas yield.
Известен способ подготовки сырья для анаэробной переработки органических отходов, а также установка подготовки сырья (патент РФ №2535967, МПК С12М 1/42, C05F 3/06, C05F 9/00, опубл. 20.12.2014). 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.A known method of preparing raw materials for the anaerobic processing of organic waste, as well as a raw material preparation plant (RF patent No. 2535967, IPC C12M 1/42, C05F 3/06, C05F 9/00, publ. 20.12.2014). The method is characterized by the fact that in a single volume of a sealed container, simultaneously with heating, the mixture is degassed by evacuation and subsequent processing. Processing is carried out by exposure to the energy of an ultrasonic hydrodynamic emitter on the flow of the mixture during its circulation in a closed circuit of a sealed container. The liquid fraction of the drain from the bioreactor is used as a liquid for mixing the raw materials. The raw material preparation process is completed after the mixture is heated to a predetermined temperature corresponding to the temperature of the first stage of the bioreactor process.
Недостатком известного способа являются высокие энергетические затраты на процесс предварительной обработки, при его низкой эффективности, длительность процесса сбраживания в мезофильном режиме (37°С), а также невозможность обеспечения санитарно-гигиенических требований к обработанным отходам.The disadvantage of this method is the high energy costs for the pre-treatment process, with its low efficiency, the duration of the fermentation process in the mesophilic mode (37°C), as well as the impossibility of ensuring sanitary and hygienic requirements for the treated waste.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ анаэробной переработки жидких органических отходов, в котором предварительную обработку отходов осуществляют посредством тонкодисперсного измельчения малорастворимых компонентов органических отходов, частичного гидролиза органических веществ, а также внесения в субстрат микрочастиц железа, образующихся за счет истирания рабочего органа в первичном аппарате вихревого слоя(патент РФ 2690463, МПК C02F 11/04, C02F 3/28, C12M 1/42, B02C 13/12, C02F 9/00, опубл. 3.06.2019, Бюл. №16). Затем полученный субстрат подают в метантенк для анаэробного сбраживания в термофильных условиях. Сброженную массу обрабатывают во вторичном аппарате вихревого слоя. После обработки в аппарате вихревого слоя сброженную массу направляют для разделения на фракции. Тепловую энергию, образующуюся в результате работы первичного и вторичного аппаратов вихревого слоя, используют для обеспечения термофильного температурного режима работы метантенка. Предварительную обработку осуществляют в рабочей камере первичного аппарата вихревого слоя в течение от 0,5 до 1 мин при частоте вращения магнитного поля от 50 до 120 Гц, сброженную массу обрабатывают во вторичном аппарате вихревого слоя в течение от 1 до 4 мин при частоте вращения магнитного поля от 50 до 120 Гц.The closest in technical essence to the proposed invention is a method of anaerobic processing of liquid organic waste, in which pre-treatment of waste is carried out by finely dispersed grinding of poorly soluble components of organic waste, partial hydrolysis of organic substances, as well as introducing iron microparticles into the substrate, formed due to abrasion of the working body in primary apparatus of the vortex layer (RF patent 2690463, IPC C02F 11/04, C02F 3/28, C12M 1/42, B02C 13/12, C02F 9/00, publ. 03.06.2019, Bull. No. 16). Then the resulting substrate is fed into the digester for anaerobic digestion under thermophilic conditions. The fermented mass is processed in the secondary apparatus of the vortex layer. After processing in the apparatus of the vortex layer, the fermented mass is sent for separation into fractions. The thermal energy generated as a result of the operation of the primary and secondary devices of the vortex layer is used to ensure the thermophilic temperature regime of the digester. Pre-treatment is carried out in the working chamber of the primary apparatus of the vortex layer for 0.5 to 1 min at a frequency of rotation of the magnetic field from 50 to 120 Hz, the fermented mass is processed in the secondary apparatus of the vortex layer for 1 to 4 min at a frequency of rotation of the magnetic field from 50 to 120 Hz.
Недостатками известного способа являются высокие энергетические затраты на работу вторичного аппарата вихревого слоя, наличие которого не требуется для обеззараживания сброженной массы, поскольку ее обеззараживание происходит в результате анаэробной обработки в термофильном режиме, а метаногенные микроорганизмы в результате обработки в АВС не уничтожаются (Эффект обеззараживания субстратов анаэробных биореакторов в аппарате вихревого слоя / Д. А. Ковалев, А. А. Ковалев, И. В. Катраева [и др.] // Химическая безопасность. - 2019. - Т. 3. - № 1. - С. 56-64. - DOI 10.25514/CHS.2019.1.15004.) и низкая эффективность процесса анаэробной обработки, поскольку обработка в первичном аппарате вихревого слоя в течение от 0,5 до 1 мин при частоте вращения магнитного поля от 50 до 120 Гц не обеспечивает деструкцию лигно-целлюлозных компонентов входящих в состав органических отходов до более простых соединений, разлагающихся с образованием метана.The disadvantages of the known method are high energy costs for the operation of the secondary apparatus of the vortex layer, the presence of which is not required for disinfection of the fermented mass, since its disinfection occurs as a result of anaerobic treatment in a thermophilic mode, and methanogenic microorganisms are not destroyed as a result of treatment in ABC (The effect of disinfection of anaerobic substrates bioreactors in the apparatus of the vortex layer / D. A. Kovalev, A. A. Kovalev, I. V. Katraeva [et al.] // Chemical safety. - 2019. - V. 3. - No. 1. - P. 56- 64. - DOI 10.25514/CHS.2019.1.15004.) and low efficiency of the anaerobic treatment process, since treatment in the primary apparatus of the vortex layer for 0.5 to 1 min at a magnetic field rotation frequency of 50 to 120 Hz does not ensure the destruction of ligno -cellulosic components included in organic waste to simpler compounds that decompose with the formation of methane.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение энергетической эффективности процесса анаэробной переработки жидких органических отходов.The objective of the invention is to improve the energy efficiency of the process of anaerobic processing of liquid organic waste.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность повысить эффективность процесса анаэробной переработки жидких органических отходов путем предварительной обработки в аппарате вихревого слоя, за счет тонкодисперсного измельчения, улучшающего реологические свойства субстрата и доступность питательных веществ для микроорганизмов, частичного гидролиза органических соединений, увеличивающего степень разложения органического вещества и соответственно выход целевого продукта - биогаза и внесения микрочастиц железа истирания рабочего органа (стальные иглы) и дополнительного введения газообразного озона в рабочую камеру аппарата вихревого слоя, позволяющего произвести деструкцию (озонолиз) лигно-целлюлозных компонентов входящих в состав органических отходов до более простых соединений, разлагающихся с образованием метана, при этом увеличивается скорость образования и конечный выход метана, обеспечивается более полное разложение субстрата, повышается адаптивная способность микробного сообщества к неблагоприятным условиям (например, избыточное накопление летучих жирных кислот (ЛЖК) или водорода, снижение рН).As a result of using the proposed invention, it becomes possible to increase the efficiency of the process of anaerobic processing of liquid organic waste by pre-treatment in a vortex layer apparatus, due to fine grinding, which improves the rheological properties of the substrate and the availability of nutrients for microorganisms, partial hydrolysis of organic compounds, which increases the degree of decomposition of organic matter and respectively, the yield of the target product - biogas and the introduction of iron microparticles, the abrasion of the working body (steel needles) and the additional introduction of gaseous ozone into the working chamber of the vortex layer apparatus, which allows the destruction (ozonolysis) of the ligno-cellulose components included in the organic waste to simpler compounds that decompose with the formation of methane, while the rate of formation and the final yield of methane increase, a more complete decomposition of the substrate is ensured, and the adaptive ability increases. resistance of the microbial community to unfavorable conditions (eg, excessive accumulation of volatile fatty acids (VFAs) or hydrogen, decreased pH).
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе анаэробной переработки жидких органических отходов, включающем предварительную обработку отходов в аппарате вихревого слоя в течение 0,5-1 мин при частоте вращения магнитного поля 50-120 Гц и их анаэробное сбраживание в метантенке, использование тепловой энергии, образующейся в результате работы аппарата вихревого слоя, для обеспечения термофильного температурного режима работы метантенка, разделение сброженной массы на фракции, согласно изобретению, при предварительной обработке отходов в аппарате вихревого слоя в рабочую камеру дополнительно подают озоносодержащий воздух (концентрация озона 70 мг/л) со скоростью 20 л/минуту, причем предварительную обработку осуществляют в рабочей камере аппарата вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed method for anaerobic processing of liquid organic waste, including pre-treatment of waste in a vortex layer apparatus for 0.5-1 min at a magnetic field rotation frequency of 50-120 Hz and their anaerobic digestion in a digester, the use of thermal energy generated as a result of the operation of the vortex layer apparatus, to ensure the thermophilic temperature regime of the digester, the separation of the fermented mass into fractions, according to the invention, during the pre-treatment of waste in the vortex layer apparatus, ozone-containing air is additionally supplied to the working chamber (ozone concentration 70 mg / l) at a rate of 20 l/minute, and pre-treatment is carried out in the working chamber of the vortex layer apparatus for 0.5 min at a magnetic field rotation frequency of 50 Hz.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены блок-схема способа анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя (фиг. 1).The essence of the invention is illustrated by drawings, which show a block diagram of the method of anaerobic processing of liquid organic waste with pre-treatment with ozone in the vortex layer apparatus (Fig. 1).
Способ анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя осуществляют следующим образом:Method for anaerobic processing of liquid organic waste with pre-treatment with ozone in the apparatus of the vortex layer is carried out as follows:
Из исходных органических отходов извлекают крупные включения, затем отходы подвергают комплексной предварительной обработке в аппарате вихревого слоя в течение 0,5 мин при частоте вращения магнитного поля 50 Гц, заключающейся в одновременном электромагнитном, механическом и химическом воздействии. При этом происходит тонкодисперсное измельчение малорастворимых компонентов органических отходов, частичный гидролиз органических веществ, деструкция лигно-целлюлозных компонентов, входящих в состав органических отходов до более простых соединений, а также внесение в субстрат микрочастиц железа, образующихся за счет истирания рабочего органа (стальные иглы). Тонкодисперсное измельчение малорастворимых компонентов органических отходов и частичный гидролиз органических веществ увеличивают доступность питательных веществ для консорциума микроорганизмов в метантенке. Деструкция лигно-целлюлозных компонентов, входящих в состав органических отходов до более простых соединений позволяет увеличить степень разложения органического вещества и соответственного выход метана. Внесение микрочастиц железа увеличивает скорость образования и конечный выход метана, обеспечивает более полное разложение субстрата и снижение необходимого объема метантенка. Подготовленный субстрат направляют в метантенк для анаэробного сбраживания с получением биогаза и сброженной массы (эффлюента). Сброженную массу подают в известные устройства для разделения на фракции (отстойники, центрифуги, сепараторы и т.п.). Тепловую энергию, образующуюся в процессе работы аппарата вихревого слоя, используют для подогрева метантенка.Large inclusions are removed from the initial organic waste, then the waste is subjected to complex pre-treatment in a vortex layer apparatus for 0.5 min at a magnetic field rotation frequency of 50 Hz, which consists in simultaneous electromagnetic, mechanical and chemical effects. In this case, finely dispersed grinding of poorly soluble components of organic waste occurs, partial hydrolysis of organic substances, destruction of ligno-cellulose components that make up organic waste to simpler compounds, as well as the introduction of iron microparticles into the substrate formed due to abrasion of the working body (steel needles). Finely dispersed grinding of poorly soluble components of organic waste and partial hydrolysis of organic substances increase the availability of nutrients for a consortium of microorganisms in the digester. The destruction of ligno-cellulosic components that make up organic waste to simpler compounds makes it possible to increase the degree of decomposition of organic matter and, accordingly, the yield of methane. The introduction of iron microparticles increases the rate of formation and the final yield of methane, provides a more complete decomposition of the substrate and reduces the required volume of the digester. The prepared substrate is sent to the digester for anaerobic digestion to produce biogas and fermented mass (effluent). The fermented mass is fed into known fractionation devices (settlers, centrifuges, separators, etc.). The thermal energy generated during the operation of the vortex layer apparatus is used to heat the digester.
Пример конкретного выполнения способа анаэробной переработки жидких органических отходов с предварительной обработкой озоном в аппарате вихревого слоя.An example of a specific implementation of the method of anaerobic processing of liquid organic waste with pre-treatment with ozone in the apparatus of the vortex layer.
Из жидких органических отходов извлекают крупные включения и с помощью насоса подают в аппарат вихревого слоя для предварительной обработки, при этом в рабочую камеру аппарата подают озонсодержащий воздух, получаемый в озонаторе, концентрация озона 70 мг/л, расход воздуха 20 л/мин. Время пребывания субстрата в рабочей камере аппарата составляет 30 сек, частоту вращения магнитного поля устанавливают 50 Гц. Затем обработанный субстрат направляют в метантенк для анаэробной переработки в термофильных условиях. Сброженную массу из метантенка направляют в отстойник для разделения на фракции. При работе аппарата вихревого слоя выделяется значительное количество теплоты, которая передается теплоносителю, циркулирующему по контуру «теплообменник индуктора аппарата вихревого слоя - теплообменник метантенка». Выделяющийся биогаз из метантенка используют для получения тепловой и электрической энергии. Теплоноситель, охлаждающий индуктор аппарата вихревого слоя с температурой 60°C направляют в теплообменник метантенка для поддержания температурного термофильного режима.Large inclusions are removed from liquid organic waste and, using a pump, are fed into the vortex layer apparatus for pre-treatment, while ozone-containing air obtained in the ozonator, ozone concentration 70 mg/l, air flow 20 l/min, is supplied to the working chamber of the apparatus. The residence time of the substrate in the working chamber of the apparatus is 30 seconds, the frequency of rotation of the magnetic field is set to 50 Hz. Then the treated substrate is sent to a digester for anaerobic processing under thermophilic conditions. The fermented mass from the digester is sent to a settling tank for separation into fractions. During the operation of the vortex layer apparatus, a significant amount of heat is released, which is transferred to the coolant circulating along the circuit "inductor heat exchanger of the vortex layer apparatus - digester heat exchanger". The released biogas from the digester is used to generate heat and electricity. The coolant, the cooling inductor of the apparatus of the vortex layer with a temperature of 60°C is sent to the heat exchanger of the methane tank to maintain the temperature thermophilic regime.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788787C1 true RU2788787C1 (en) | 2023-01-24 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003088833A (en) * | 2001-09-20 | 2003-03-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Organic waste treatment equipment |
| RU32106U1 (en) * | 2002-12-30 | 2003-09-10 | Енин Лев Константинович | Organic waste disinfecting device |
| RU144133U1 (en) * | 2014-02-04 | 2014-08-10 | Татьяна Борисовна Гореванова | INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF ACTIVE ORGANIC FERTILIZER FROM LIVING WASTE |
| BG66618B1 (en) * | 2010-02-08 | 2017-11-15 | "Нова Интернешънал" Оод | Method for production of organic fertilizer |
| CN206799604U (en) * | 2017-05-22 | 2017-12-26 | 中国水产科学研究院南海水产研究所 | A kind of electric field and microwave coupling strengthen marine alga anaerobic fermentation and produce methane system |
| RU2687919C1 (en) * | 2018-10-01 | 2019-05-16 | Петр Валентинович Рубеко | Method and device for wastewater treatment using a velr for its implementation |
| RU2690463C1 (en) * | 2019-01-29 | 2019-06-03 | Дмитрий Александрович Ковалев | Method of anaerobic processing of liquid organic wastes |
| RU191407U1 (en) * | 2019-04-29 | 2019-08-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Device for anaerobic processing of liquid organic waste |
| RU2726309C1 (en) * | 2020-02-25 | 2020-07-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Method for recycling of the liquid manure into bioorganic fertilizer |
| RU2742877C1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-02-11 | Михаил Аркадьевич Карт | Apparatus for pretreatment of waste water before biological treatment |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003088833A (en) * | 2001-09-20 | 2003-03-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Organic waste treatment equipment |
| RU32106U1 (en) * | 2002-12-30 | 2003-09-10 | Енин Лев Константинович | Organic waste disinfecting device |
| BG66618B1 (en) * | 2010-02-08 | 2017-11-15 | "Нова Интернешънал" Оод | Method for production of organic fertilizer |
| RU144133U1 (en) * | 2014-02-04 | 2014-08-10 | Татьяна Борисовна Гореванова | INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF ACTIVE ORGANIC FERTILIZER FROM LIVING WASTE |
| CN206799604U (en) * | 2017-05-22 | 2017-12-26 | 中国水产科学研究院南海水产研究所 | A kind of electric field and microwave coupling strengthen marine alga anaerobic fermentation and produce methane system |
| RU2687919C1 (en) * | 2018-10-01 | 2019-05-16 | Петр Валентинович Рубеко | Method and device for wastewater treatment using a velr for its implementation |
| RU2690463C1 (en) * | 2019-01-29 | 2019-06-03 | Дмитрий Александрович Ковалев | Method of anaerobic processing of liquid organic wastes |
| RU191407U1 (en) * | 2019-04-29 | 2019-08-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Device for anaerobic processing of liquid organic waste |
| RU2726309C1 (en) * | 2020-02-25 | 2020-07-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Method for recycling of the liquid manure into bioorganic fertilizer |
| RU2742877C1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-02-11 | Михаил Аркадьевич Карт | Apparatus for pretreatment of waste water before biological treatment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jomnonkhaow et al. | Membrane bioreactor-assisted volatile fatty acids production and in situ recovery from cow manure | |
| Degueurce et al. | Dynamic effect of leachate recirculation on batch mode solid state anaerobic digestion: Influence of recirculated volume, leachate to substrate ratio and recirculation periodicity | |
| Uthirakrishnan et al. | Current advances and future outlook on pretreatment techniques to enhance biosolids disintegration and anaerobic digestion: A critical review | |
| US8444861B2 (en) | Method and apparatus using hydrogen peroxide and microwave system for slurries treatment | |
| Chu et al. | Dairy cow solid waste hydrolysis and hydrogen/methane productions by anaerobic digestion technology | |
| Yang et al. | Using air instead of biogas for mixing and its effect on anaerobic digestion of animal wastewater with high suspended solids | |
| CN109161476A (en) | A kind of apparatus and method of electricity fermentation methane phase | |
| Hansen et al. | Enhancing waste degradation and biogas production by pre-digestion with a hyperthermophilic anaerobic bacterium. | |
| CN114107406A (en) | Method for strengthening acid production by co-digestion of kitchen waste and activated sludge through ultrasonic/temperature pretreatment | |
| Azman et al. | Ultrasound-assisted digestate treatment of manure digestate for increased biogas production in small pilot scale anaerobic digesters | |
| Chaurasia et al. | Effect of pre-treatment on mesophilic anaerobic co-digestion of fruit, food and vegetable waste | |
| Sun et al. | The hydrolysis and reduction of mixing primary sludge and secondary sludge with thermophilic bacteria pretreatment | |
| Kovalev et al. | The synergistic effect of the thickened digestate treatment in the vortex layer apparatus prior to its recirculation into the reactor on the characteristics of anaerobic bioconversion of organic waste | |
| Sethupathy et al. | Amelioration of methane production efficiency of paper industry waste sludge through hydrolytic enzymes assisted with poly3hydroxybutyrate | |
| RU2788787C1 (en) | Method for anaerobic processing of liquid organic wastes with ozone pretreatment in a vortex layer apparatus | |
| JP3719938B2 (en) | Effective use system for manure and business fresh products | |
| CN111534416A (en) | Fermentation equipment and fermentation method for organic matters | |
| JP3303905B2 (en) | Anaerobic digestion of livestock manure | |
| Kalal et al. | Anaerobic Digestion | |
| RU2786392C1 (en) | Method for anaerobic processing of liquid organic waste | |
| JP4844951B2 (en) | Processing method and apparatus for garbage and paper waste | |
| Yuxing et al. | Ultrasonic pretreatment of cow dung for anaerobic digestion: effect on methane production and microbial community | |
| RU2690463C1 (en) | Method of anaerobic processing of liquid organic wastes | |
| CN212669681U (en) | Fermentation equipment of organic matter | |
| Kovalev et al. | Optimization of the organic waste anaerobic digestion in biogas plants through the use of a vortex layer apparatus |