SE450769B - Forfarande och anleggning for utnyttjande av avfallsprodukter fran boskapsskotsel - Google Patents

Description

~ Uppfinningen avser ett förfarande och en anläggning för behandling av avfallsprodukter från boskapsaveln, exempelvis gödsel, vegetabiliska rester och deras bland- ningar.

Förfarandet enligt uppfinningen kan användas vid be- handling av organiska avfallsprodukter från jordbruks- industrin, företrädesvis boskapsavelsanläggningar och -farmar samt vid andra artificiella ekologiska system med sluten bioomsättningscykel för näringsämnen och energi.

I praktiken finns ett antal tekniska förlopp och för- *faranden, vilka är förknippade med behandling av organiska avfallsprodukter och bl a omfattar s k kompostering av gödsel, aerob mikrobiologisk behandling, utnyttjande av gödselavloppsvatten för àkerbevattning, metanuppjäsning, behandling med fluglarver, utnyttjande av avfallsproduk- ter som gödningsmedel och/eller foder efter speciell bio- kemisk behandling, etc.

De viktiga krav, som ställes pá dessa förlopp under produktionsförhållanden, är dels möjligheten att fram- ställa behandlingsprodukter (gödningsmedel eller foder- ämnen) med önskad kvalitet med minsta möjliga förluster av gödselns gödningsegenskaper och dels minsta möjliga tidsåtgång och kostnad per enhet av den färdiga produkten.

Kvaliteten av de behandlingsprodukter, som skall fram- ställas, karakteriseras av en konstanthállningsgrad för _ den "gödnings- eller äggvitepotential“, som förekommer i den ursprungliga gödseln, samt av en omsättningsgrad för de i nämnda gödsel förekommande näringsämnena till en foderprodukt (en vegetabilisk, mikrobiell eller annan äggvitehaltig biomassa).

För att vid den önskade förloppshastigheten kunna göra nämnda konstanthàllnings- och omsättningsgrad, dvs behandlingsproduktkvaliteten, så hög som möjligt, måste . sea; iii w _.._,.._, _. _... -w ___... ..-___ __. .,..__..__.._._ _ -make 450 769 2 man först och främst minimera de förluster av kväve och organiska föreningar, som är ofránkomliga vid dessa före- ningars okontrollerade nedbrytning, vilken átföljes av en intensiv spridning av flyktiga sönderfallsformer från det organiska ämnet i form av kväve- och kolhaltiga gaser, samt snabbt och med rimlig ekonomi_omvandla gödselns organiska massa till foder.

De kända förfarandena för behandling av avfallspro- dukter från djur ger olika högsta möjliga produktbehand- lingshastigheter och ekonomiska resultat, medan de medelst dessa förfaranden framställda produkterna uppfyller de sanitära och zootekniska kraven i olika grad. Inget av de kända förfarandena uppfyller emellertid hit'ílls i tillfredsställande grad de krav, som ställes pa intensiv boskapsavel, ekonomi och miljövård, varför gödsel och gödselavloppsvatten ännu idag förblir en huvudsaklig föro- reningskälla för jord samt vatten- och luftbassänger i den zon, där stora boskapsavelsanläggningar och -farmar är belägna.

Frànvaron av acceptabla tekniska lösningar inom gödselbehandlingsomràdet verkar hämmande pá den industriella utvecklingen av boskapsavel och omöjliggör en intensifiering av produktionen inom boskapsaveln i överensstämmelse med de nutida krav, som ställes med hänsyn till ekonomin, zoohygienen och miljövárden.

De aktuella fördelarna och nackdelarna med de kända förfarandena av detta slag blir uppenbara'om hänsyn tages till den nutida processteknik för behandling av avfalls- produkter från boskapsaveln, som användes i stora boskaps- avelsanläggningar och -farmar.

Ett huvudförfarande för behandling av vätskeformig gödsel är utnyttjande av denna som organiskt gödnings- medel. Ett ofta användbart processteg för iordningstäl- lande av gödseln för införande av denna i jord har hit- tills varit att hålla gödseln i ett system av laguner och därefter införa den i jord genom sprutning eller be- vattning. Lagunerna utgöres oftast av avsättningsbassänger w 'm 450 769 3 i form av öppna vattendammar, där en del av den vätske- formiga gödseln (gödselvattnet) eller avloppsgödseln ned- brytes biologiskt, varigenom ett organiskt gödningsmedel erhålles, som lämpar sig för införande i jord.

I dessa laguner hàlles gödselvattnet under en täm- ligen läng tidsperiod (ungefär 100 dygn), varvid det luftas medelst stationärt fästade eller "simmande" tur- biner. Gödselns fraktion i fast fas, som utfälles pà lagunens bottenyta, avlägsnas en gång per 2 eller 3 år.

Detta kända förfarande är enkelt att genomföra men är extensivt och medför avsevärda förluster av näringsämnen.

Förlusterna av ammoniumkväve i en konventionell aerob lagun uppgår till 90% av dess ursprungliga halt.

Eftersom den aeroba jäsningen upphör redan vid en temperatur av l8°C, omvandlas lagunerna under vintertiden till enkla lagringsbehàllare för avloppsgödsel (avlopps- gödselvatten). Lagunerna är inte tillfredsställande i sanitärt och hygieniskt hänseende till följd av att s k salmoneller överlever i lagunerna vid nämnda temperatur under hela lagringstiden.

Lagunförfarandet kombineras ibland med behandling i ett system av oxidationsdiken. I oxidationsdikena, som är avsedda att placeras under spaltförsedda golv i bo- skapsavelslokaler, installerar man luftningsanordningar i form av vridbara rotorer med skovlar, med vars hjälp gödselmassan omröres, mättas med syre och rör sig genom en kanal. Vid ett dylikt förfarande för behandling av gödsel sker den aeroba sönderdelningen även under vinter- tiden, men förloppets hastighet är låg och systemet av oxidationsdiken kräver höga anläggningskostnader samt medför en avsevärd àtgáng av näringsämnen ur gödseln.

De driftmässiga nackdelarna med detta kända förfarande är en snabb förslitning av luftningsanordningarna och en intensiv bildning av skum, som t o m kan strömma ut i lokalen. Denna nackdel representezar ett allvarligt problem om hänsyn tages till frånvaron av under dessa betingelser pålitliga metoder för kontroll av skumbild- _ -_A@_r._.. _... _ _, .___ 'ßwu-unlru.

'I ~. 1%' i 450 769 4 ning. Det bör dessutom påpekas, att den väsentliga nack- delen med alla de kända utföringsformerna av lagunför- farandet för behandling av gödsel, vid den befolknings- täthet, som är typisk för industriellt utvecklade länder, är risken att grundvattnet speciellt 1 lätta jordar blir förorenat, en intensiv luktavgivning på våren och behovet av avsevärda markytor för àstadkommande av laguner.

De andra kända förfarandena för behandling av gödsel, vid vilka denna enbart är avsedd att användas som göd- ningsmedel, grundar sig på att gödseln avskiljes till en fraktion i fast fas och en vätskeformig fraktion.

Fraktionen i East fas med en hög halt av näringsämnen lagras i högar, torkas eller komposteras och införes där- efter i jord.

Gödselfraktioneringen gör det möjligt att minska pro- cessutrustningens dimensioner och effekt samt den tid, som erfordras för efterföljande behandling av gödselns vätskeformiga fas, och att använda denna i en återcirku- lationskrets i och för minskning av den totala vattenför- brukningen. Denna processteknik har emellertid hittills ett begränsat användningsområde, eftersom den kräver en avsevärd markyta i och för oskadligt utnyttjande av avse- värda mängder gödselvatten genom direkt införande av detta i jord.

Befintliga agrikulturkemiska försöksdata visar dess- utom, att förlusterna av kväve och organiska ämnen vid den biotermiska behandlingen vid komposteringen är täm- ligen höga och i de flesta fall överstiger 30% av kväve- halten respektive halten organiska ämnen i fraktionen i fast fas. Vid direkt införande av gödselns fraktion i flytande fas i jord uppgår kväveförlusterna till 95% av utgàngskvävehalten.

Under senare år användes tämligen ofta ett för- farande för aerob behandling av gödsel till gödningsmedel i vid markytan anordnade lagringsbehállare av torntyp.

Till skillnad frán lagunförfarandet pumpas gödselvattnet i detta fall inte direkt ur boskapsavelslokalen till 450 769 i ff i lagringsbehàllaren. Från början inmatas gödselvattnet i i en eller flera, med luftningsanordningar försedda be- 3 hållare, där det hålles under en tid av 7-10 dygn. Under å luftningsbetingelserna nedbrytes de organiska ämnena 1 l I i intensivt medelst mikroorganismer, varvid deras tempera- tur ökar till 42-65°C, varigenom blandningen desinfi- cieras, varefter gödselvattnet pumpas till lagringsbehàl- U laren.

“W Gödseln transporteras till ákerfält och införes i 1 10 jord medelst stora tankbilar försedda med pumpar och anord- LM ningar för underjordiskt införande av gödsel. Detta för- i farande gör det möjligt att minska gödselbehandlingstiden till 7 dygn, dvs representerar det mest intensiva av de ovan beskrivna förfarandena. Näringsâmnesförlusterna ur (ammoniakkväve går nästan helt förlorat redan i luftnings- steget, medan de organiska ämnena genom biotermisk sönder- delning förloras med 50-55%). Ett förfarande för anaerob (metan-) uppjäsning av gödsel i tillslutna behållare representerar det mest ekonomiska förfarandet med av- seende på dels konstanthàllningen av gödselns s k göd- ningspotential och dels säkerställandet av en bestämd gödseldekontamineringsgrad (en oskadliggörandegrad).

Gödseln hálles i konventionella metantankar vid en temperatur av 56°C under en tid av 25-28 dygn, varefter den överföres till àkerfält eller lagerrum.

Nackdelen med detta förfarande är att detta är mycket energikrävande till följd av att s k termofila driftför- hállanden måste upprätthàllas i reaktionsbehàllaren, vilket vid nämnda uppjäsningstid medför en hög energi- förbrukning eller gör det nödvändigt att förbruka en avse- värd andel av den utvecklade metanhaltiga gasen för upp- värmning av metantanken. Detta resulterar i att förlusterna av organiska ämnen i form av en gas, som förbrännas, upp- gär till 30-40%, medan ammoniakkvävet bibehálles nästan helt och mineraliseras. gödseln förblir emellertid vid detta förfarande även höga L 450 769 6 Genomförandet av detta kända förfarande medför emellertid höga begynnelseinvesteringskostnader, varför detta vid låga anaerobå behandlingshastigheter i regel inte är räntabelt.

Andra kända förfaranden för utnyttjande av avfalls- produkter från boskapsaveln grundar sig på att avfalls- produkterna behandlas så, att inte bara organiska göd- ningsmedel utan även foderäggvita framställes. Direkt- behandlingen av gödsel till foder (genom att passera förbi växtodlingen) gör det möjligt att väsentligen minska den konventionella bioomsättningscykeln för näringsämnen, som under naturbetingelser utgör 2-3 år, och att säker- ställa att dessa näringsämnen áterinmatas i fodret under en tid av några få dygn.

På grund av de biologiska särdragen hos djurs mat- smältningskanal införes högst 40% äggvita ur foderra- tionen i gödseln, varvid gödseln från exempelvis stor- boskap innehåller aminosyrahaltig encellsäggvita av vom- mens mikroorganismer, dvs en mer värdefull äggvita än i fodret förekommande vegetabiliskt protein.

Ett antal behandlingsförfaranden syftar därför till att av gödsel direkt framställa en äggvitebestàndsdel för användning i foderrationen för djur. De förlopp, som ligger till grund för dessa kända gödselbehandlingsför- faranden, kan uppdelas i värmefysikaliska, värmekemiska och biokemiska förlopp med biokemisk en- eller flerstegs- filtrering av skadliga ämnen. Den mest kända processteknik, som bygger på det värmefysikaliska förfarandet för extra- hering av osmälta äggvitor ur gödsel, är det s k Cereko- förfarandet.

Detta förfarande grundar sig på att den från en farm uppsamlade gödseln utspädes med vatten till en fukthalt av 80% och, efter passage genom flera separeringsanord- ningar, avskiljes till tre fraktioner. En fiberfraktion (produkten Cl), som utgöres av osmälta vegetabiliska rester, behandlas i silotorn och ges som silofoder åt ungtjurar vid gödnndct. En vätukoformig fraktion indunutnu, torka: , .fifixgl iršfisxt 450 769 7 och granuleras. Den så framställda produkten (C2) inne- håller högst 30% äggvita, 4% fetter, 25% aska och användes i form av granuler som foder för svin och höns.

De vid avskiljningen isolerade aksresterna och fodrets av djuren icke assimilerade beståndsdelar (grundämnen) användes som gödningsmedel (produkten C3). Detta kända förfarande gör det möjligt att industriellt, under en förhållandevis kort tid (högst 6 dygn), extrahera ur gödsel osmälta näringsämnen, samtidigt som produktsteriliserings- graden är hög, energiförbrukningen är förhållandevis låg och miljöföroreningsgraden är låg. Inte i något land ger emellertid medicinska várdinstitutioner tillstånd till att i stor omfattning använda de så framställda produk- terna som foder, vilket beror pà att skadliga ämnen (mykotoxiner, tunga metaller, pesticider o dyl) inte av- lägsnas helt ur den s k fodercykeln vid ett dylikt behand- lingssteg, varvid de ansamlas i djurorganismen. Efter 3-4 recirkulationer leder detta till att boskapen blir sjuk i leversjuka (levercirros) samt till en ogynnsam inverkan på produktens konsumtionskvalitet.

Produkten C3, som skall användas som foder, är dess- utom nästan helt fri från organiska ämnen, varför gödselns ”gödningspotential" förloras praktiskt taget helt för åkerbruket.

Som ett av de termokemiska förfarandena för extra- hering av foder ur gödsel kan man omnämna det s k Witingham- förfarandet, vid vilket gödsel, som uppsamlats från en öppen uppfödningsplats, utspädes med vatten tills fukt- halten blir lika med 85%. Sedan avloppsgödselvattnet pas- serat genom en luftnings- och utfällningsbehållare, där tunga fällningar separeras, avskiljes -et i en centrifug, varvid en huvuddel av näringsämnen (speciellt äggvitor och fetter) förblir i vätskeformig fas, vilket resulterar i att en flockformig fällning utfälles. Den erhållna fäll- ningen isoleras, torkas och behandlas så att man erhåller granuler innehållande 30-50% råäggvita. Gödselns fraktion i fast fas hydrolyseras medelst alkali, varigenom en produkt .F asus, .f-àsle. e; ä; ._ 450 769 .q 1, 8 framställes, som med avseende på energi motsvarar melass. M Detta kända förfarande uppvisar, jämsides med de för- É delar, som är typiska för det termofysikaliska behand- linqsförfarandet, dessutom den fördelen, att man ytteligare, \ förutom osmälta ämnen, snabbt kan införa vissa oorganiska .F grundämnen ur gödsel i fodercykeln för djur. t Det termokemiska Witingham-förfarandet har emeller- ! tid inte fatt något användningsområde, eftersom det upp- i visar samma nackdelar, som det termofysikaliska Cereko- förfarandet har.

Ett exempel på biokemisk enstegsfiltrering av gödsel vid behandling av denna till foder är det s k Bellamy- förfarandet, som grundar sig på ett tekniskt förlopp för framställning av en biomassa av termofila bakterier på ett gödselsubstrat.

Det för detta kända förfarande väsentliga består i att man aerobt sönderdelar gödselns kemiska behandlade cellulosa och de lösliga näringsämnena medelst speciella bakterier, vilka kan spjälka cellulosa och lignin. För- 1 20 loppet genomföres i ett antal i serie efter varandra anordnade jäsningsapparater (jäsningskärl), i vilka man i och för att göra förloppet intensivare inmatar syrgas och i vilka en optimal processtemperatur hàlles konstant.

Den framställda biomassasuspensionen uppsamlas, av- Y filtreras och torkas tills den fått konsistensen av ett __,_...... _ a... Lala..- . :såg :1 mjukt pulver.

' Produkten innehåller högst 55% ràprotein, varvid detta förfarande gör det möjligt att behandla minst 95% av den ursprungliga gödselmängden.

Användandet av förfarandet för behandling av gödsel under enstegsfiltrering av skadliga ämnen gör det möjligt att uppnå ett högt utbyte av en ättvitehaltig produkt ur gödsel, vilken produkt har en avsevärd äggvitehalt.

Den äggviteprodukt, som skall framställas vid en- p . 35 stegsbehandlingen av gödsel medelst bakterier, innehåller 1 emellertid alla de skadliga, i utgángsgödseln förekom- Mm pk mande ämnena (mykotoxiner, pesticider, tungmetaller etc), Ü*"¿ vilka ingar i resten av den fasta fasen 1 odlingsmediet 450 769 9 (dvs i gödseln). Behandlingen med termofila bakterier är dessutom mycket energikrävande.

Den finaste biologiska filtreringen av skadliga ämnen vid behandling av gödsel till foder säkerställes medelst biologiska flerstegsförlopp, exempelvis konventionellt àkerbruk, biologiska vattendammar, fiskodlings- och bio- logiska vattendammar e dyl.

De hittills kända förloppen för biologisk rening är emellertid praktiskt taget inte styrbara, erfordrar en avsevärd yta (ákerfält, vattendammar, laguner), beror väsentligt på väderleksförhállanden och kan förorena miljön och grundvattnet. Dessa kända förlopp medför en flerdubbel ökning av den processtid, som erfordras för framställning av äggviteprodukter (inom åkerbruket skördar man i regel en gång per är, under det att fiskodlingstiden uppgår till flera månader). De nutida förloppen för bio- logisk filtrering igflera steg lämpar sig alltså minst för användning vid system inom intensiv boskapsavel.

Man har dessutom gjort försök att framställa äggvite- foder genom utnyttjande av de gödselbehandlingsprodukter, som erhålles vid behandling av gödsel medelst välkända förfaranden för aerob rening, vid vilka framställning av foder från gödsel inte eftersträvas speciellt.

Den aeroba mikrobiologiska behandlingen av gödsel resulterar som bekant i att näringsämnena ur gödseln om- sättes till äggvitan hos encelliga bakterier och infuso- rier, vilka vid bortdöendet utfälles i form av s k aktivt slam på luftningstankarnas bottenyta. Genom försök har man kunnat konstatera att det aktiva slammets protein- halt överstiger 42%, medan torrsubstanshalten i det aktiva slammet är högst 6%. Processtekniken för behandling av aktivt slam till äggvitehaltiga fodertillsatsmedel är baserad på att det aktiva slammet koncentreras (förtjockas), finfördelas, steriliseras termiskt och därefter torkas.

Detta förfarande för framställning av äggvita från gödsel bidrar till att sådana dyrbara reningsanordningar som luftningstankar blir något mer räntabla men är behäftat .ß i É E 450 769 med följande väsentliga nackdelar: 1. Genom att torrsubstanshalten i det ursprungliga aktiva slammet är högst 6%, erfordras komplicerade energi- krävande utrustningar för koncentrering av slammet. 2. Värmesteriliseringen kan genomföras under en mycket kort tid (under en tid av några få tiondelar av en sekund) samtidigt som värmeenergikoncentrationen är hög (dvs vid s k värmechock), varvid i annat fall sönderdelas, till- sammans med helmintägg och andra patogener, som skall destrueras, också aminosyror och äggvita i encelliga mikroorganismer, vilka förekommer i det aktiva slammet, varför dess fodervärde minskas. Processutrustningen för utförande av dessa processoperationer är tämligen dyrbar och har låg funktionssäkerhet. 3. Den äggviteprodukt, som skall framställas vid denna processteknik, är inte fri från de skadliga, i utgångs- gödseln förekommande ämnena.

Ett syfte med föreliggande uppfinningen är att eli- minera dessa nackdelar.

Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för utnyttjande av avfallspro- dukter från boskapsaveln genom en mikrobiologisk tvàstegs- behandling av dessa, varvid det första behandlingssteget genomföras såsom ett anaerobt förlopp för sönderdelning av organiska ämnen under bildande av gasformiga faser, medan det andra behandlingssteget utgöres av ett aerobt förlopp för biosyntes av äggvita under användning av dels de gasformiga, under det första behandlingssteget fram- ställda faserna och dels avloppsluften från boskapsavels- anläggningen såsom näringskomponenter för äggvitesynte- tiserande mikroorganismer under det andra behandlings- steget, vilket vid bestämda processparametrar säker- ställer högsta möjliga omsättningsnivå för alla de i gödseln förekommande näringsämnen i den s k fodercykeln inom jordbruksindustrin, samt att åstadkomma en anlägg- ning för genomförande av detta förfarande, vilken anlägg- ning har en enkel konstruktion, är funktionssäker och räntabel samt har hög verkningsgrad. -.-...ii_,i_ _, I "_ _ g____ 3- 2 2 är .äW;-f»¿¿_,-.« 450 769 ll Detta uppnås enligt uppfinningen medelst ett för- farande för utnyttjande av avfallsprodukter från boskaps- skötsel, vilket förfarande grundar sig pá dels en anaerob uppjäsning av gödsel, vilken genomföres under kontinuerlig omröring under avgivning av en biogas, dels en uppdel- ning av den uppjästa massan i en vätskeformig fraktion och en fraktion i fast fas, vilka fraktioner användes som gödselmedel, varvid enligt uppfinningen, innan den anaeroba uppjäsningen påbörjas, gödseln utsättes för en dekompressionsbehandling, varvid den anaeroba uppjäsningen genomföres under ett styrt undertryck, medan den under förloppet avgivna biogasen och andra kväve- och kolhaltiga beståndsdelar, som isolerats ur avloppsluften från boskaps- skötsellokaler samt ur gödselns vätskeformiga fraktion, användes som näringskällor för mikroorganismer under ett aerobt förlopp, under vilket nämnda beståndsdelar behand- las med metanoxiderande bakterier, varvid den sålunda bildade biomassan finfördelas och utnyttjas som foder, medan den från behandlingssteget med metanoxiderande bakterier utströmmande gasblandningen användes som energi- källa i systemet för anaerob uppjäsning, medan den upp- jästa massan före avskiljningen i fraktioner utfälles medelst en suspension, innehållande mineral och organiska ämnen.

För att bättre kunna desintegrera och finfördela gödseln samt snabbare initiera den anaeroba uppjäsningen av gödseln och därefter snabbare intensifiera uppjäsningsförloppet genomföres lämpligen dekompressionsbehandlingen av gödseln genom att denna mättas med gas vid ett tryck av 49xl05 - ll8xl05 Pa med efterföljande avlastning av trycket till 0 och -11.800 Pa.

För att förhindra att den gödselmassa, som skall dekompressionsbehandlas, blir mättad med syrgas, som fungerar som inhiberingsmedel för det anaeroba förloppet, kan man som gas för mättning av gödselmassan använda bio- gasen.

I och för snabbare boflÉförande av gasformiga meta- ...11 450 769 12 bolismprodukter ur odlingsmediet för metanbakterier är det lämpligt att det låga trycket i ett jäsningsrum är mellan 0 och -11.800 Pa och att ástadkommandet av detta låga tryck átföljes av periodisk omröring genom att påbörja varje omröringscykel vid den tidpunkt, då det låga trycket blir lika med -980 Pa och -8.800 Pa.

I och för att säkerställa biosyntesen av äggvita kan man vid genomförandet av förloppet företrädesvis använda metanoxiderande mikroorganismer av kulturer av Methilococcus capsulatus Methilosinus trichosporium Methilosinus sporium För att göra biosyntesen av äggvita intensivare är det lämpligt att man genomför det aeroba förloppet vid ett övertryck hos gasblandningen och upprätthåller föl- jande odlingsförhállanden: odlingsmediets temperatur 30 - 45°C syratal (pH) 5,5 - 7 tryck hos den syrehaltiga gasen 1,1-40 kp/cm2 (ata) kolsyrahalt högst 30% För att dels intensifiera uppdelningen av den upp- jästa massan i en vätskeformig fraktion och fraktion av fast fas och dels utbalansera sammansättningen av det organiska gödselmedlet i fast fas, som skall framställas, med avseende på de huvudsakliga gödselbestándsdelarna (dvs kväve, fosfor, kalcium), kan man som utfällnings- medel använda en suspension med följande sammansättning: s k monoammoniumfosfat (NH4H2P04) 5-15% kalciumklorid (CaCl2) 5-15% lösningsmedel (gödselns vätske- formiga fraktion) varvid volymförhållandet mellan suspensionen och den massa, som skall utfällas, kan ligga mellan l:l och 2:2.

Förfarandet enligt uppfinningen genomföres medelst en anläggning för utnyttjande av avfallsprodukter från boskapsaveln, vilken anläggning enligt uppfinningen inne- fattar en anaerob mikrobiologisk reaktor, som innefattar resten, -w-w-»s-.u-»e-w-v-o-nen _.. ..._ f i »annan nun :vanan-- a .au- ..... -., --.-...-- ...-_---. -..

- . W iíorqsnisk och organisk suspension.

VGV Caffroms mm »memo seg-av arf-rncticncli aácnimsfznffkzfd. INID-kod. Oehmv |nam kiammsr arv-er uusrnnuenell dokumcnlkod f mm» v . ~ w ~ _ *a Tv. 450 769 13 en jäsningsbehállare och en lagringsbehällare, vilka är försedda med ett värmesystem samt med en anordning för gödseltillförsel och en tömningsanordning för uttagande av den uppjästa massan, varvid tömningsanordningen är för- bunden med ett organ för uppdelning av den uppjästa massan i en fraktion i fast fas och en vätskeformig fraktion, medan lagringsbehållaren är försedd med organ för uttag- ning och rening av biogasen, varvid lagringsbehàllaren, 1% enligt uppfinningen, genom organet för uttagning av bio- ,4fi . 10 gasen och reningsenheten, är förbunden med en aerob mikro- biologisk reaktor, som är försedd med en finfördelnings- anordning för biomassan, en förtjockningsanordning och á _ en huvudrörledning för avledande av avloppsbiogasen till jäsningsbehállarens värmesystem, medan den anaeroba mikro- ' biologiska reaktorn innefattar en anordning för automa- tisk reglering och kontroll av uppjäsningsintensiteten.

Det är lämpligt att anordningen för automatisk regle- ¿ ring och kontroll av uppjäsningsintensiteten är försedd N _ I I med ett organ för konstanthållning av ett förutbestämt lågt tryck (vakuum) i lagringsbehàllaren och med en räknare för bestämning av biogasmängden, varvid detta organ och räknaren är avsedda att växelverka med varandra, när den förutbestämda uppjäsningsintensiteten hàlles konstant.

Organet för konstanthàllning av det förutbestämda laga trycket utgöres lämpligen av en bälgpump, som består _ av en tryckkammare, ett bälgorgan, en taktgenerator, en tryckförinställningsgivare, ett pneumatiskt jämförelse- element och pneumatiska ventiler, av vilka två är förbundna Å* _ med bälgorganet, lagringsbehállaren och en gasbehállare, medan de övriga ventilerna är förbundna med tryckkammaren, tryokförinställningsgivaren och det pneumatiska jämförelse- elementet, vars ena inlopp är förbundet med bälgorganet och vars andra inlopp är förbundet med tryckförinställ- ningsgivaren, varvid räknaren för biogasmängden är för- bunden med den med de pneumatiska ventilerna förbundna 'taktgeneratorn. wL_ 450 769 o* . 14 För att dels öka funktionssäkerheten, dels förenkla den konstruktiva utformningen och dels säkerställa den önskade doseringsnoggrannheten för den gödsel, som skall inmatas i reaktionskärlet, är det lämpligt att organet för gödseltillförsel och uttagning av den uppjästa massan är uppbyggt i form av minst tre pneumatiska, med varandra inte förbundna kamrar med i dessa inbyggda inlopps-, mellan- och utloppsdelar av en elastisk s k materialledning, vilka är förbundna med varandra genom rörstutsar och försett med en pneumatisk pulsgenerator, vars utlopp är direkt förbundet med utloppsdelens kammare och, genom tidsför- dröjningselement, är förbundet med kamrarna i inlopps- och mellandelen.

Det för föreliggande uppfinning väsentliga beskrives närmare nedan.

På grund av de genomförda undersökningarna och de teoretiska motiveringarna med avseende på sambanden för genomförandet av mikrobiologiska behandlingsförlopp för organiska substrat har man kunnat konstatera, att förlop- pens intensitet beror pà substratets ätkomlighet för mikro- biologisk nedbrytning (homogenitet, frånvaro av konkur- rerande mikroflora, låg oxidation- och reduktionspotential eller s k redoxpotential), samt på de betingelser, under vilka trofiska beståndsdelar införes i odlingsmediet och metabolismprodukterna uttages ur detta.

Det är känt, att varje cm3 gödsel, som tillföres behandlingssteget, innehåller ungefär 6 milliarder olika mikroorganismer, bl a, jämsides med metanbakterier, vilka genomför den anaeroba uppjäsningen, en avsevärd andel av för förloppet onyttiga mikrober, vilka konkurrerar med arbetsbesättningen om det gemensamma substratet. Detta resulterar i att den normala metanuppjäsningen fördröjes väsentligt, exempelvis 2-3 dygn, jämfört med referensför- loppet (då konkurrensen saknas).

Inverkan av den motverkande besättningen på förloppets stigtid (stigtempo) karakteriseras av följande ekvation, som beskriver variationen i mängden arbetsbesättning (y) MWMÄ - 450 769 F med tiden (t): (1/y) - (dy/dt) = r - ky - pz (1) v där r, k och p är positiva konstanter, vilka motsvarar _ g - ifrågavarande tillväxtbetingelser för en i ett givet à medium levande besättning, z är mängden konkurrerande besättning.

Det framgår av ekvationen (1) att elimineringen av den konkurrerande besättningen (z = 0) bidrar, under övrigt lika betingelser, till att öka ökningstempot för antalet metanbildande bakterier och följaktligen metan- uppjäsningshastigheten. ' Genom försök har man dessutom kunnat konstatera att genomförandet av den dekompressionsbehandling av materialet, som säkerställer dess sterilisering innan materialet in- förts i odlingsmediet, kan minska metanuppjäsningstiden för gödseln med minst två dygn.

Man har vidare funnit att den anaeroba nedbrytnings- 3 % hastigheten för organiska avfallsprodukter kan begränsas inte enbart av förekomsten av konkurrerande besättningar av mikroorganismer utan även av ansamlingen av metabolism- produkter i odlingsmediet.

Dessa metabolismprodukter utgöres i detta fall först och främst av metan och kolsyra. Man har teoretiskt bevisat att karaktären av metabolismprodukternas inhiberande in- verkan på en tillväxthastighet (M) för arbetsbesättningen, bestämmas av uttrycket: L M - Kp - S M = (K mïxs) (K + P ) (2) i s p E n mf där P är koncentrationen av inhiberande metabolismprodukter » å “i i mediet, “ K är en konstant, som karakteriserar koncentrationen av omsättningsprodukter vid M(p) = Mo , 2 _, -M- _. ï1ï;;_ å. “r a _ 5 r * 450 769 16 Ks är en konstant, som karakteriserar substratkoncentra- 1 Å tionen vid M(S) = Mo . i gå 2 i .m i S är koncentrationen av den organiska bestàndsdelen av substratet (gödsel eller andra avfallsprodukter).

Det framgår av denna ekvation att man för att göra z k förloppet intensivare, under i övrigt lika betingelser, § É måste minska det i den högra delens nämnare stående ut- t trycket (Kp + PE), vilket med andra ord innebär att man kontinuerligt måsta avleda metabolismprodukterna ur od- , lingsmediet. Éïwm “Ü Genom de genomförda undersökningarna har man kunnat ; konstatera att detta kan uppnås genom genomförande av för- loppet vid ett lågt, i en gasuppsamlingsbehállare uppträ- ¿ dande tryck av 980-8.800 Pa i kombination med s k volym- É åk omröring av hela den massa, som skall uppjäsas. fri» n .¿ Genom att den uppjästa massa, som skall framställas å . genom den anaeroba mikrobiologiska behandlingen av gödsel, V utgöres av en stabil kolloid lösning, är det lämpligt att É 20 denna lösning får utfällas i och för efterföljande avskilj- ning av lösningen i en fraktion av fast fas och en vätske- f formig fraktion.

På grund av de genomförda undersökningarna har man É funnit att man för uppnáende av detta syfte lämpligen l använder koagulering av den uppjästa massan med hjälp av elektrolyter, vilka inte förorenar jorden, säkerställer godtagbar utfällning och ökar gödselns gödningsvärde. För koagulering medelst elektrolyter måste elektrolytkoncent- rationen överstiga ett bestämt värde (ett koagulerings- tröskelvärde, mol i g/liter), som ges av sambandet 3 s Y -Cgfi-(Jíä-r <3* A - e - 2 där C är en proportionalitetsfaktor, D är dielektricitetskonstanten (kapacitiviteten) hos det medium, som skall utfällas (40-80 för den uppjästa massan), s Liga? avis, Landin . :sšvläimrfïl 450 769 17 är Boltzmanns konstant, är elektronens laddning, är temperatur i °K, är van der Waals-attraheringskonstant, är den dominerande jonens laddning.

En tryckökning i odlingssystemet utgör således ett sätt att öka koncentrationen av substratet (CH4, 02) i en odlingsvätska. Eftersom förloppets intensitet beror på koncentrationen av substratet (CH4, 02), representerar tryckökningen i odlingssystemet ett av de effektiva för- farandena för ökning av processkapaciteten.

Den biogas, som utvecklas vid den anaeroba uppjäs- ningen av gödsel, måste, enligt uppfinningen, utnyttjas i den bakteriella biomassan vid det aeroba förloppet för NPl-BOW intensiv jäsning.

Enligt Henrys lag har man Pa = J - x, där J betecknar Henrys konstant, Pa partialelasticiteten ovanför vätskan och x koncentrationen av en metanhaltig gas i vätskan.

Torrsubstanshalten i odlingsmediet samt förloppets verk- ningsgrad beror praktiskt taget linjärt på odlingstrycket.

Genom försök har man kunnat konstatera att den aeroba mikro- biologiska oxidationen av biogasen, ifall hänsyn tas till nämnda samband, lämpligen genomföres vid ett tryck av 1,1 - 40 kp/cm2 (ata) hos gasfasen i ett jäsningskärl (en jäs- ningsapparat).

Huvudsambanden (1), (2) och (3) ligger till grund för àstadkommande av dels förfarandet för behandling av avfallsprodukter från djur under framställning av organiska och oorganiska gödselmedel och foderäggvita och dels anlägg- ningar med hög verkningsgrad för anaerob behandling av organiska avfallsprodukter i industriell skala. För ut- fällning av den uppjästa massan användes, enligt uppfin- ningen, en suspension bestáende av 5-15% monoammoniumfos- fat, 5-15% kalciumklorid och ett lösningsmedel, som ut- göres av gödselns vätskeformiga fraktion, som införes i den massa, som skall utfällas, i ett inbördes volymför- hållande av 1:1 till 2:2. - _ ---- - _-.-.-.._«__..._.__. _..._Tr- .__-Mum i .__....._-.,, 450 769 18 Man har således åstadkommit ett ekonomiskt förfarande för utnyttjande av avfallsprodukter från boskapsaveln, vilket grundar sig på styrbara mikrobiologiska förlopp, som genomföres med högre hastighet och säkerställer en högre verkningsgrad vid utnyttjande av avfallsprodukter från djur jämfört med de kända förfarandena av detta slag.

Förfarandet kan enbart genomföras medelst en anlägg- ning, i vilken de önskade processparametrarna säkerställes.

Den i praktiken uppnådda s k transformeringskoefficienten (omsättningskoefficienten) för avfallsprodukter från djur till foder, med vilken man förstår förhållandet mellan den mängd näringsämnen och nedbrytningsprodukter från dessa, som förekommer i avfallsprodukterna från djur, och den mängd av dessa ämnen, som omsatts till det foder, som upp- fyller alla de zoosanitära kraven, är lika med 0,9 för anläggningar, i vilka arbetskammarens volym är minst 20 m .

De genomförda försöken har visat att man genom använ- dandet av det enligt uppfinningen föreslagna förfarandet för utnyttjande av avfallsprodukter från djur kan fram- ställa koncentrerade organiska och oorganiska gödselmedel utan förluster av näringsämnen, samtidigt som man säker- ställer en högre omsättningsnivá för de näringsämnen, som förekommer i avfallsprodukterna från djuren, i den s k fodercykeln inom jordbruksindustrin.

Omsättningen av näringsämnena ur gödsel till foder genom utnyttjande av denna inom ákerbruket sker mycket långsamt (under en tid av 2-3 är frán den tidpunkt göd- seln införts i jord). Det enligt föreliggande uppfinning föreslagna förfarandet gör det möjligt att framställa äggvitefoder redan l-2 dygn efter tillförsel av gödseln till behandlingssteget.

Av de anaeroba behandlingsprodukterna kan man fram- ställa minst 60 kg äggvita per ton absolut torr substans i gödseln. Detta innebär att man av gödseln från en uppföd- ningsanläggning för storboskap (10 000 djur) kan framställa ungefär 600 t äggvita per år (i det närmaste 1,7 t äggvita per dygn) utan försämrande av kvaliteten och minskning Lawal... ...till ' 450 769 T 19 , av produktionen av organiska gödselmedel. ! De genomförda försöken med att tillföra det äggvite- och vitaminhaltiga koncentrat, som framställes av biomassan av metanoxiderande bakterier, som foder till djur, har inte påvisat nâgra negativa påföljder av utnyttjandet av denna produkt som foder.

Effekten av utnyttjandet av det äggvite- och vitamin- haltiga koncentratet av mikrobiell härkomst som fodertill- satsmedel är identisk med effekten av mtnyttjandet av kända äggvite- och vitaminhaltiga tillsatsmedel med samma kon- centration för uppnåendet av detta syfte.

Den föreslagna processtekniken gör det möjligt att inom boskapsavelsbruk genomföra ett snabbt bioomsättnings- förlopp för foderämnen parallellt med den traditionella utvinningstekniken för dessa inom ákerbruket, vilket möj- L liggör àstadkommandet av anläggningar inom boskapsaveln i form av avfallsproduktfria produktionsanläggningar, vilka uppfyller alla de krav, som ställes med hänsyn till miljö- vården.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning 5 till bifogade ritning, på vilken fig 1 visar ett process- schema för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för utnyttjande av avfallsprodukter från djur, fig 2 sche- matiskt visar en anordning för tillförsel av doserade mängder gödsel, fig 3 schematiskt visar en anordning för dekompressionsbehandling av gödsel, fig 4 visar ett schema över en anordning för automatisk reglering och kontroll av gödseluppjäsningsintensiteten, fig 5 schematiskt visar en processflödesbana för avvattning av den uppjästa gödsel- massan och fig 6 grafiskt visar en utfällningsintensitet för den uppjästa massan utan behandling (kurvorna l, 2, 3) och vid behandling av den uppjästa massan med en N, P och Ca innehållande suspension (kurvorna 1, 2, 3).

De i fig 2, 3, S, 6 visade anordningarna utgör kom- ponenter i en anläggning (fig 1) för genomförande av det enligt föreliggande uppfinning föreslagna förfarandet, vilken innefattar dels en anordning l för tillförsel av 'rßes :il -eñ.=tee..:à¿, _. __, d Å W w 450 769 doserade mängder gödsel, dels en finfördelnings- och homo- geniseringsanordning 2, dels en anordning 3 för dekom- pressionsbehandling och dels en anaerob mikrobiologisk reaktor 4, som innefattar en jäsningsbehállare 5, som är försedd med ett värmesystem 6, en anordning 7 för uttag- ning av den uppjästa massan och en anordning 8 för recir- kulation av den uppjästa massan, en lagringsbehállare 9, som är försedd med ett organ 10 för uttagande av biogas, samt en anordning ll för automatisk reglering och kontroll av uppjäsningsintensiteten och en reningsenhet 12. Renings- enheten 12 är förbunden med en aerob mikrobiologisk reaktor 13, vars inlopp genom en koncentrerings- och steriliserings- anordning 14 även är förbundet med ett fläktsystem 15 i en boskapsavelslokal 16 och är försett med ett matarorgan 17 för oorganiska beståndsdelar. Den anaeroba mikrobiolo- giska reaktorns 4 utlopp är förbundet med ett organ 18 för avskiljning av den uppjästa massan i en vätskeformig fraktion 19 och en fraktion 20 av fast fas, vilket organ 18 är försett med doseringsanordningar 21 och 23 för för- beredande av en utfällningssuspension och ett recirkula- tionssystem 22 för gödselns vätskeformiga fraktion.

Den aeroba mikrobiologiska reaktorns 13 utlopp är förbundet med ett organ 24 för koncentrering av biomassan, som är förbundet med en anordning 25 för desintegrering av biomassan. En huvudrörledning 26 för avloppsgaser från den aeroba reaktorn 13 är förbunden med den anaeroba reak- torns 4 värmesystem 6 genom en reningsanordning 27, medan en huvudrörledning 28 för tillförsel av oxidationsmedel är förbunden med en källa för en syrehaltig gas, som ut- göres av luft från en kompressor 29 eller syrgas från en flaska 30.

Fig 2 visar schematiskt anordningen 1 för tillförsel av doserade mängder gödsel.

Den i fig 2 visade anordningen l består av ett her- metiskt tillslutet hus, som inrymmer partier av en elas- tisk, s k materialrörledning, exempelvis ett inloppsparti 31, ett mellanparti 32 och ett slutparti 33, framställda .__.__,_____ _ 450 769 21 l av exempelvis gummirör eller gummislang. Det hermetiskt tillslutna huset är medelst membran 36 med rörstutsar Å uppdelat i tre pneumatiska rum, vilka motsvarar respek- * _ -h-.e :sattes _: _ .; 7.' ' m tive parti av materialledningen.

De pneumatiska rummen är genom fördröjningsledningar 34 och 35, vilka består av såsom följarkrets kopplade reläer och en strypventil 37, förbundna med en pulsgene- rator 38. Den variabla strypventilen 37 säkerställer en ändring i pulsfrekvensen.

Anordningen 3 med den anaeroba mikrobiologiska reaktorn 4 visas schematiskt i fig 3 och består av en inloppsventil f 39, en med ett tryckindikeringsorgan 41 försedd dekompres- sionskammare 40 och en med en injektor 43 förbunden utlopps- ventil 42.

Dekompressionskammarens 40 gashuvudrörledning 44 är avsedd att genom ventiler 45 och 46 förbindas med en källa 47 för komprimerad gas (när anläggningen startas) eller med ett organ 48 för komprimering av gas (när anlägg- ningen fungerar under normala förhållanden).

Anordningen ll för automatisk styrning och kontroll av gödseluppjäsningsintensiteten visas schematiskt i fig Û 4 och innefattar dels ett organ 49, som är avsett för 1 konstanthàllning av ett förutbestämt lågt tryck i lagrings- behállaren 9 genom tvángsavledande av den vid uppjäsningen avgivna biogasen ur lagringsbehållaren 9 och uppbyggt i form av en styrbar bälgpump bestående av ett bälgorgan 50, en tryckkammare 51, en tryckförinställningsgivare 52, pneumatiska ventiler 53-56 och en pulsgenerator 57 med en triggerkrets 58, dels en reglerbar strypventil 59, dels en pneumatisk behållare 60, dels en pneumatisk ventil 61, dels ett jämförarelement 62, vars ena inlopp är förbundet med en förinställningsgivare 63 för det låga gränstrycket och vars andra inlopp är förbundet med bälgorganet 50, som genom ventilen 55 är förbundet med en gasbehállare 64, medan elementets 62 utlopp genom den pneumatiska ven- tilen 56 är förbundet med tryckkammaren 51, och dels en räknare 65 för den mängd gas, som skall bortföras, vilken ,-....-.-.._.- _... ,.-.__ 450 769 22 räknare består av en magnetstyrd kontakt 66, en elektro- pneumatisk omvandlare 67 och en digital indikeringsanord- ning 68.

Anordningen för utfällning av den uppjästa massan visas schematiskt i fig 5 och består av dels en enhet 69, som är avsedd att förbereda utfällningssuspensionen och är försedd med en regulator 70 för reglering av suspensions- tillförseln, dels anordningen 22 för recirkulation av gödselns vätskeformiga fraktion, dels en med en omrörare 72 försedd koaguleringsanordning 71, dels en utfällnings- kammare 73, dels en avskiljnings- och granuleringsanord- ning 74 och dels doseringsanordningarna 21 och 23.

Den ovan beskrivna anläggningen och de i denna ingående anordningarna fungerar på följande sätt.

Gödsel ur boskapsavelslokalen 16 (fig 1) inmatas medelst anordningen 1 (fig l, 2) för tillförsel av doserade mängder gödsel i finfördelnings- och homogeniseringsanordningen 2, där den finfördelas till partiklar med en storlek av högst l-2 mm och överföres till en homogen massa. Ur anordningen 2 införes gödseln i ancrdningen 3 för dekom- pressionsbehandling, med vars hjälp höljen på mikroorga- nismer i de konkurrerande grupperna och helmintägg brytes.

De biologiskt aktiva ämnen, som i detta fall avges till den behandlade gödselmassan, verkar accelererande på metan- uppjäsningsförloppet i den anaeroba reaktorns 4 jäsnings- behållare 5, i vilken man sprutar den dekompressionsbe- handlade gödseln samt inför ett aktivt jäsmedel, som inne- håller en arbetsassociation av metanbakterier. Förloppet genomföres vid en temperatur av 50-56°C, ett pH av 6,5-7 och ett lågt tryck av mellan 0 och 11.800 Pa i lagrings- behållaren 9.

Vid metanuppjäsningen i jäsningsbehàllaren 5 sker en intensiv omsättning av organiska ämnen, vilken åtföljes av att flyktiga kväveformer (huvudsakligen ammoniakaliska kväveformer) överföras till en vid införandet och lag- ringen stabil ammoniumform samt av att en biogas avges, vilken består av 65% metan (CF4) och 35% koldioxid (C02). 450 769 23 Den uppjästa massan bortföres frán jäsningsbehàllaren medelst anordningen 7 för uttagande av den uppjästa massan och inmatas i avskiljningsorganet 18, som även matas med utfällningssuspensionen bestående av gödselns 1 vätskeformiga fraktion 19 och ett koaguleringsmedel, som utgöres av oorganiska beståndsdelar, vilka uppvisar göd- ningsvärde, dvs 5-15% monoammoniumfosfat (NH4H2PO4) och -15% kalciumklorid (CaCl2). Utfällningssuspensionen blan- das i detta fall med den uppjästa massa, som skall utfällas, i ett inbördes blandningsförhållande av 1:1 till 2:2, kM¿æ¿ vilket resulterar i att utfällningshastigheten ökar med i tiotals gånger jämfört med den naturliga precipiteringen, varför energiförbrukningen för avskiljning av fraktionen i fast fas minskas i motsvarande grad.

Den biogas, som avges vid gödseluppjäsningen, uttas ur lagringsbehållaren 9 medelst organet 10 för uttagande av biogas, som är pàverkbart av enheten ll, som utgör en komponent i anordningen för styrning och kontroll av metan- uppjäsningen (fig 1, 4). Å Biogasen strömmare därefter genom reningsenheten 12 É in i den aeroba mikrobiologiska reaktorn 13, som dessutom matas med vatten, samt med föreningar innehållande kväve, fosfor, kalium, magnesium och spàrelement (medelst mataren 17), en syrehaltig gas (luft) och/eller syrgas ur flaskan 28 eller frán kompressorn 29 samt kvävgas och kolhaltiga gaser, vilka adsorberats i anordningen 14 ur fläktad av- loppsluft (fránluft) från boskapsavelslokalen 16.

Som producent för äggviteämnen användes en blandad kultur av mikroorganismer Methilococcus capsulatus, Methilosinus trichosporium, Methilosinus sporium.

Fakultativa metylotrofer, som ingår som beståndsdelar i den blandade kulturen”av mikroorganismer och kan assimi- lera metanhomologer, är av en kultur av Flavobacterium lill gasotypioum. É :šv-Éåt 450 769 24 Den aeroba odlingen sker vid en temperatur av 36-50°C, samtidigt som odlingsmediets pH är 4-6, koncentrationen av ammoniakkväve är 50-150 mg/liter och fosforhalten är 50-100 mg/liter.

Odlingen genomföras vid ett gastryck, som överstiger atmosfärstryck och är lika med 1,1 - 40 kp/cm2. Den gas- blandning, som skall recirkuleras, får strömma genom reningsanordningen 27, där den frigöres från ett överskott av koldioxid genom att koldioxidhalten hàlles konstant.

Den kontinuerliga odlingen av den blandade kulturen genom- föres vid en utspädningsfaktor av 0,15-0,25 tim-1. Suspen- sionen av mikroorganismer ur odlingssteget i den aeroba reaktorn 13 inmatas i anordningen 24 för förberedande för- tjockning, där strömningstrycket göres lägre, varigenom de i odlingsmediet lösta gaserna desorberas ur den vätske- formiga fasen och, delvis ur själva mikroorganismerna.

Genom att trycksänkningen sker mycket snabbt, brytes höl- jena på en bestämd andel av de bakterier, som skall cdlas, vilket resulterar i att de biologiskt aktiva, i cellerna förekommande ämnena inkommer i odlingsmediet, som delvis, efter den förberedande förtjockningen i anordningen 24, återmatas till den aeroba reaktorn 13 och användes för stimulering av tillväxten av mikroorganismer.

Den i reningssteget (i anordningen 27) absorberade koldioxidgas, som avgivits vid biosyntesen, och de med denna gas sammanhängande beståndsdelarna i avloppsgasfasen från odlingssteget i reaktionskärlet 13 samt den i för- fl tjockningsanordningen 24 desorberade gasen blandas med f 5 atmosfärsluft och förbrännas i värmesystemet hos värme- växlaren 6, genom vilken den massa, som skall uppjäsas, Wáï får strömma medelst recirkulationsanordningen 8 efter ' periodiska tidsintervall, som beror på temperaturändringen i jäsningsbehállaren 5.

Den framställda biomassa av metanoxiderande mikro- organismer, som förtjockats till en koncentration av 180-200 kg absolut torr substans/m3- inmatas i desinte- greringsanordningen 25, där baktieriehöljen sönderdelas, 450 769 - varefter det framställda koncentratet vidarebefordras till en foderavdelning 75, där det som äggvitetillsats, före- trädesvis i vätskeform, införes i fodret.

Verkningssättet hos de enskilda anordningarna, som ingår i anläggningen enligt uppfinningen, klargöres medelst fig 2-5. ' Fig 2 visar anordningen för inmatning av doserande mängder gödsel, vilken anordning användes för såväl inmat- ning av gödsel i jäsningsbehàllaren 5 som uttagande av den uppjästa massan ur behållaren 5, samt för inmatning av filtratet i utfällningsanordningen I8 och pumpning av den massa, som skall uppjäsas, genom värmeväxlaren 6.

Anordningen fungerar på följande sätt.

Det medium, som skall transporteras eller inmatas . i doserade mängder (exempelvis vätskeformig gödsel, od- lingsvätska eller filtret) fyller partierna 31, 32 och, 33 av materialledningen, varefter slutpartiet 33 hoptryckes medelst ett pneumatiskt tryck, som alstras över pulsgene- ratorns 38 utløpp, Varför utströmningen av det medium, som skall transporteras, upphör.

Vid en efterföljande tidpunkt tillslutes inlopps- partiet 3l av materialledningen medelst ett pneumatiskt tryck, som alstras över fördröjningsledningens 35 utlopp, varför hela mängden av det medium, som skall transporteras och som fyllt den elastiska materialledningen, blir till- sluten i mellanpartiet 32, varefter över pulsgeneratorns 38 utlopp trycket blir lika med noll, slutpartiet 33 öppnas och det genom ledningen 36 påverkbara rellanpartiet 32 hoptryckes, varigenom detta utstöter det i partiet 32 in- stängda mediet i riktning mot slutpartiet 33, som där- efter hoptryckes medelst en efterföljande pneumatisk puls över generatorns 38 utlopp, vilket resulterar i att nämnda mängd medium bortföres ur anordningen. Genom att trycket i de pneumatiska rummen i partierna 3l, 32 och 33 därefter sjunker på nytt, öppnas partierna 31-33, samtidigt som de blir iordningställda för nästföljande fyllningscykel för den elastiska materialledningen med det medium, som skall transporteras. Ä É 3 W k-w-fi." g 450 769 26 Innan gödseln inmatas i den anaeroba mikrobiologiska reaktorn 4, utsättes den, enligt uppfinningen, för en dekompressionsbehandling, som syftar till att göra detta grovfördelade medium mer åtkomligt för mikrobiell nedbryt- } ning samt till att undertrycka den tillhörande mikrofloran, som verkar inhiberande pá utvecklingen av arbetsbesätt- ningen av metanbildande bakterier.

* Enligt det i fig 3 visade schemat över anordningen inmatas gödseln genom inloppsventilen 39 i dekompressions- 'L i l0 kammaren 40, varvid biogasen tillföres från huvudrörled- FWWÜ ningen 44. Biogasen bildas vid metanuppjäsningen i behål- laren 5 och inmatas medelst högtryckpumpen 48 genom ven- tilen 45 i huvudrörledningen 44 eller genom ventilen 46 i lagringsbehàllaren 47, som erfordras för lagring av ett överskott av biogas samt för säkerställande av funktionen mmid av dekompressionskammaren 40 vid start av den anaeroba “ reaktorn, då biogasen ännu inte avges.

När biogastrycket i dekompressionskammaren blir lika med 50-120 kp/cmz, stänges ventilen 40, samtidigt som ut- loppsventilen 42 öppnar, varigenom gas-vätskeblandningen genom injektorn 43 insprutas i den anaeroba reaktorns jäs- æ . fn ~ li, . se ._ iÅL-ii--i-.ll.-___._. i __ :in ningsbehàllare 5. L Eftersom trycket sjunker plötsligt, sönderdelas mikro- organismerna och växtpartiklar, då dessa lämnar dekom- pressionskammaren, vilket gör utgàngssubstratet (gödseln) väsentligt mer åtkomligt för behandling med mikroorganismer av arbetsbesättningen.

Den anaeroba uppjäsningen kontrolleras och styres medelst anordningen ll, vars principschema visas i fig _ 4. Med denna anordning kan man automatiskt konstanthálla ett sådant lågt tryck i den anaeroba reaktorn, vid vilket processintensiteten blir så hög som möjligt. Den mängd biogas, som avges per tidsenhet, står i detta fall i överensstämmelse med processintensiteten.

Anordningen fungerar pá följande sätt. Den massa, som skall uppjäsas, inmatas periodvis i jäsningsbehållaren , där man skapar de betingelser, som erfordras för säker- fi. i .i n.. äs | 450 769 27 ställande av metanbakteriers vitalitet. Allteftersom den av dessa bakterier alstrade biogasen avges ur den massa, som skall uppjäsas, inmatas den genom den pneumatiska ven- tilen 54 i det pneumatiska rummet 50 med variabel volym, som är avsett att samverka med ett styrbart deformerings- organ, vilket resulterar i att samtidigt som den massa, som skall uppjäsas, omröres, sker en intensiv bortledning av gasformiga metabolismprodukter från metanbakterier, i form av en metanhaltig gas, då trycket i jäsningsbehål- laren 5 sfiunker från 0 till -11.800 Pa. Detta leder till en väsentlig ökning av uppjäsningsintensiteten. Det låga trycket (vakuumet) ovanför den massa, som skall uppjäsas, inställes medelst vakuumförinställningsgivaren 63, som är förbunden med en av kamrarna i jämförarelementet 62.

Man säkerställer således en proportionell luftförbrukning från tryckkammaren 51 i organet 8 (fig 1) för tvàngsbort- ledning av den avgivna biogasen ur jäsningsbehallaren 5 under vakuumförhàllanden, vid ett förutbestämt lågt tryck i bälgorganet 50, i beroende av biogastillförseln.

Dá bälgorganet 50 intar det övre gränsläget, vilket svarar mot att bälgorganet 50 är helt fyllt med biogasen, påverkas kontakterna hos den magnetstyrda givaren 66, vilket medför att matningskretsen för den elektropneu- matiska omvandlaren 67 och den digitala indikeringsanord- ningen 68 inkopplas, samtidigt som tryckluft införes i taktgeneratorns 57 triggerkrets 58. När lufttrycket ökar till ett värde lika med ett högt tröskeltryckvärde, om- kopplas triggerkretsen (vippan) 58. Samtidigt omkopplas de pneumatiska ventilerna 53, 54, 55, 56 och 61. Det luft- tryck, som erfordras för att kunna deformera bälgorganet 50, överföres från tryckförinställningsgivaren 52 till tryckkammaren 51. Biogasen ur bälgorganet 50 utstötes genom den pneumatiska ventilen 55 in i gasbehállaren 64, sam- tidigt som den pneumatiska ventilen 56 förhindrar att övertryoket överföres till jämförarelementet 16, medan den pneumatiska ventilen 54 förhindrar att biogasen åter- matas till lagringsbehàllaren 9. Då bälgorganet 50 från Laul, 450 769 28 det övre gränsläget överföres till det undre gränsläget, brytes kontakterna hos den magnetstyrda givaren 67, varför den elektropneumatiska omvandlaren 67 omkopplas till ut- gångsläget, samtidigt som omvandlarens 67 utlopp noll- ställes.

Efter ett tidsintervall lika med fyllningstiden för det pneumatiska rummet 60 och uttömningstiden för bälg- organet 50, överföres triggerkretsen 58 till normalläget (ettställes), varigenom styrrummen i ventilerna 53-56 och 61 förbindes med atmosfären. I tryckkammaren 51 lagras det förinställda trycket, varvid lagringsbehållaren 9 för- bindes med atmosfären, tryckkammaren 51 förbindes med jämförarelementet 62 och det pneumatiska rummet 60 för- bindes med atmosfären. Huvudrörledningen, som förbinder bälgorganet 50 med gasbehállaren 64, bortkopplas. Arbets- förloppet upprepas därefter.

Hela uttömningstiden för bälgorganet 50 inställes medelst den reglerbara strypventilen 59.

Denna anordning gör det möjligt att öka processinten- siteten för den anaeroba gödselbehandlingen genom intensivt bortledande av metabolismprodukter från bakterier i form av biogasblåsor, vilka avges ur den vätska, som skall upp- jäsas, då trycket ovanför vätskan sjunker från 0 till -11.800 Pa.

Denna anordning gör det vidare möjligt att noggrant automatiskt kontrollera uppjäsningsintensiteten.

Efter avslutad anaerob behandling av gödseln erhålles en uppjäst massa i form av en kolloid lösning. För att effektivt kunna avvattna denna mäste organiska kolloid- ämnen utfällas. De kända förfarandena för utfällning medelst metallhaltiga koaguleringsmedel lämpar sig inte för genomförande av nämnda utfällning till följd av att de är dyrbara och medför en eventuell förorening av jord och grundvatten medelst skadliga föreningar.

Av detta skäl användes, enligt uppfinningen, i stället för ett metallhaltigt koaguleringsmedel en utfällnings- suspension, som består av oorganiska gödselmedel, dvs a .sïwv- size: 450 769 29 monoammoniumfosfat (NH4H2PO4 ciumklorid eller kalk i en mäng fas i finfördelningsmediet användes gödselns vätskeformiga fraktion, som erhålles under avskiljningssteget för göd- seln. Utfällningslösningen införes i detta fall i ett in- bördes blandningsförhâllande av 1:1 eller 2:2 (dvs två volymdelar av den vätskeformiga fasen per två volymdelar av gödsel) i gödseln vid en temperatur av 50-55°C (dvs gödseltemperaturen vid metantankens utlopp) och omröres intensivt, varefter den får stå under en tid av 10-15 min, under vilken tid blandningen snabbt uppdelas i fraktioner i det inbördes förhållandet av 1:1.

Den vätskeformiga fraktionen avledes och fällningen vidarebefordras till ett mekaniskt avskiljningssteg.

Behandlingen av gödsel med förfarandet enligt uppfin- ningen resulterar i att filtreringstiden minskas med minst gånger samt i att man framställer ett sammansatt orga- niskt och oorganiskt gödselmedel, som är utbalanserat med avseende pà N-, P- och Ca-halten. En utföringsform för genomförande av förfarandet enligt uppfinnigen klargöres medelst det 1 tig 5 vinna; prooclnonomnt, enligt vilket den uppjästa gödselmassan vid en temperatur av 55°C ur jäsningsbehállaren 5 inmatas i den med omröraren 72 för- sedda koaguleringskammaren 71, i vilken man genom stäng- ningsanordningen 70 inmatar den förberedda utfällnings- suspensionen i ett inbördes blandningsförhàllande av 1:1 till 2:2 (dvs två delar av lösningen per två delar av gödsel), varvid den intensivt blandas med gödseln.

Den så beredda vätskeformiga gödseln inmatas i utfäll- ningskammaren 73, där den skiktas intensivt till en vätske- formig fraktion och en fällning. Fällningen tillföres anord- ningen 74 för avvattning och granulering av densamma, medan den vätskeformiga fraktionen delvis genom rörledningen 22 införes i kammaren 69 för beredning av utfällningssus- pensionen, i vilken kammare man även, genom doseringsanord- ningen 21, inmatar 5-15% monoammoniumfosfat och 5-15% kalciumklorid eller kalk. Under startperioden användes, ) i en mängd av 10% och kal- d av 10%. Som vätskeformig ha UI i. 450 769 tills filtratet av vätskeformig gödsel framställes, kon- ventionellt tekniskt vatten som finfördelningsmedium.

Genomförandet av förfarandet enligt uppfinningen gör det möjligt att genom minskning av uppdelningstiden för gödseln i fraktioner, minst tiodubbelt öka avskiljnings- anordningarnas verkningsgrad, varjämte suspenderade partiklar praktiskt taget inte förekommer i gödselns vätske- formiga fraktion. Kurvor 1-4 i fig 6 representerar samband för naturlig utfällning av vätskeformig gödsel: 1 - färsk gödsel 2 - uppjäst gödsel 3 - färsk gödsel blandad med utfällningslösningen 4 - uppjäst gödsel blandad med utfällningslösningen.

I och för konstruering av kurvorna införes 60 ml av den gödsel, som skall undersökas, i var och en av fyra mätcylindrar. Efter bestämda tidsintervall bestämmas voly- men hos den utfällda fällningen (i proce-t av den totala volymen). Kurvorna visar, att ungefär 50 timmar erfordras för att 20% fällning skall kunna utfällas i färsk gödsel, under det att den uppjästa gödseln praktiskt taget inte skiktas. Sedan färsk eller uppjäst gödsel blandats med utfällningslösningen, bildas 50% fällning under en tid av 10-12 min, varefter volymökningen upphör, dvs den naturliga utfällningshastigheten ökar med nästan 300 gånger. Den vätskeformiga fasen är gulfärgad och fri från suspenderade partiklar, medan den vätskeformiga fasen i färsk gödsel är mörkfärgad och dess övre del uppvisar en skorpa av suspenderade partiklar. Kurvorna l-4 represen- terar sambanden för filtreringshastigheten för samma mängd (60 ml) av den gödsel, som skall undersökas, under helt lika förhållanden (temperatur, lågt tryck, filteryta, filtrerpapper). Dessa kurvor visar att den uppjästa gödseln praktiskt taget inte filtreras, medan färsk gödsel avfilt- reras med 60% under en tid av 14 min, varefter filtreringen upphör. Filtreringen av (hela mängden av 60 ml) gödsel av samma slag, som blandats med utfällningslösningen, sker under en tid av 50-60 s, vilket med andra ord innebär att É ß ¿ 1 4 450 769 31 filtreringshastigheten ökar proportionellt mot den natur- liga utfällningshastigheten.

Det filtrat av vätskeformig gödsel, som framställts av den uppjästa massan, måste inte oskadliggöras (dekon- tamineras), varför det kan införas i jord medelst bevatt- ningsanläggningar eller anläggningar för underjordiskt införande.

Den fraktion i fast fas av gödsel, som i detta fall framställes i form av kapslade granuler med hölje av oorga- niska komponenter, utgör ett sammansatt organiskt och oorganiskt gödselmedel, som kan införas i jord medelst de kända spridningsanordningarna för oorganiska gödselmedel eller lokalt vid gödande av växter. Praktiskt taget bort- faller behovet av att åstadkomma speciella maskiner, vilka enbart är avsedda för spridning av organiska gödselmedel.

Den ekonomiska effekten av användandet av förfarandet enligt uppfinningen uppnås genom en avsevärd ökning av skörde- avkastningen, en högre verkningsgrad hos avskiljningsanord- ningarna (vilket bidrar till en avsevärd minskning av kost- naderna för behandlingen av l t gödsel) samt genom minsk- ning av det antal maskiner, som erfordras för spridning av organiska gödselmedel.

Claims (11)

10 15 20 25 30 450 769 32 PATENTKRAV

1. Förfarande för utnyttjande av avfallsprodukter från boskapsskötsel, vilket grundar sig på dels en anaerob upp- jäsning av gödsel, vilken genomföres under kontinuerlig om- röring under avgivning av en biogas, dels en uppdelning av den uppjästa massan i en vätskeformig fraktion och en fraktion i fast fas, vilka fraktioner användes som gödsel- medel, k ä n n e t e c k n a t av att gödseln, innan den anaeroba uppjäsningen påbörjas, utsättes för en de- kompressionsbehandling, varvid den anaeroba uppjäsningen genomföras under ett styrt undertryck, medan den under för- loppet avgivna biogasen och andra kväve- och kolhaltiga beståndsdelar, som isolerats ur avloppsluften från boskaps- skötsellokaler (16) och ur gödselns vätskeformiga fraktion, användes som näringskällor för mikroorganismer under ett aerobt förlopp, under vilket nämnda beståndsdelar behandlas med metanoxiderande bakterier, varvid den sålunda bildade biomassan finfördelas och utnyttjas som foder, medan den från behandlingssteget med metanoxiderande bakterier ut- strömmande gasblandningen användes som energikälla i sys- temet för anaerob uppjäsning, medan den uppjästa massan före avskiljningen i fraktioner utfälles medelst en suspension, innehållande mineral och organiska ämnen.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t av att dekompressionsbehandlingen av gödseln genomföres genom att gödseln mättes med gas vid ett tryck mellan 49xl05 och ll8xl05 Pa med efterföljande avlastning till ett undertryck mellan 0 och -11.800 Pa.

3. Förfarande enligt patentkravet 2, t e c k n a t av att man för mättningen av gödselmassan använder den biogas, som avges vid den anaeroba behandlingen k ä n n e - av gödseln.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t av att undertrycket i en jäsningsbehållare (5) är mellan 0 och -11.800 Pa, varvid varje omröringscykel w»- WGWI h __. mt-.. ___... ,.._ .........>- - .wv-...a -_- . ...__ _. i.. ___.. _... in... .___ ,__..._,,,,_,__,__ __?W__i_ii_W § -av å L e H i 4 ,.__~k._. 4.... ...ah 10 15 20 25 30 35 450 769 33 påbörjas vid den tidpunkt, då undertrycket är mellan -980 Pa och -8.800 Pa.

5. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t av att de metanoxiderande bakterier, som användes vid det aeroba förloppet, utgöres av obligat och fakultativt aeroba mikroorganismer av kulturer: Methylococcus capsulatus, Methylosinus trichosporium Methylosinus sporium.

6. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t av att det aeroba förloppet för framställ- ning av biomassan genomföres vid övertryck hos gasbland- ningen och under följande processförhâllanden: 5 - 7 tryck hos den syrehaltiga gasen .. l,08x105Pa - 39xl05Pa kolsyrehalt ...................... högst 30%. '

7. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t av att man för utfällning av den uppjästa massan använder en suspension, som innehåller 5 - 15% mono- ammoniumfosfat (NH4H2P04), 5 - 15% kalciumklorid (CaCl2), medan resten utgöres av gödselns vätskeformiga fraktion, varvid suspensionen blandas med den massa, som skall ut- fällas, i ett inbördes blandningsförhållande av 1:1 till 2:1.

8. -8. Anläggning för genomförande av förfarandet enligt patentkravet l, vilken anläggning innefattar en anaerob mikrcbiologisk reaktor (4), som innefattar en jlsningabe- hållare (5) och en lagringsbehâllare (9), vilka är försedda med ett värmesystem (6) samt med en anordning (1) för göd- seltillförsel och en tömningsanordning (7) för uttagande av den uppjästa massan, varvid tömningsanordningen (7) är för- bunden med ett organ (18) för uppdelning av den uppjästa massan i en fraktion (20) i fast fas och en vätskeformig fraktion (19), medan lagringsbehållaren (9) är försedd med organ för uttagande (10) resp rening (12) av biogasen, k ö n n e t e c k n a d av att lagringsbehållaren (9) genom organet (10) för uttagande av biogasen och renings- PH OleOIIIOIOOIIIOOIUOOOIOOOOlotsa 5' “Lß ~ _ ,. -- .~.-.-.....- p, :aåmïm-.v _ Hümww 10 15 20 30 35 450 769 34 enheten (12) är förbunden med en aerob mikrobiologisk reak- tor (13), som är försedd med en finfördelningsanordning (25) för biomassan, en förtjockningsanordning (24) och en hu- vudrörledning (26) för avledande av avloppsbiogasen till jäsningsbehållarens (5) värmesystem (6), under det att den anaeroba mikrobiologiska reaktorn (4) innefattar en anord- ning (ll) för automatisk reglering och kontroll av uppjäs- ningsintensiteten.

9. Anläggning enligt patentkravet 8, t e c k n a d av att anordningen (ll) för automatisk reglering och kontroll av uppjäsningsintensiteten är försedd med ett organ (49), anordnat att konstanthålla ett förut- bestämt undertryck i lagringsbehâllaren, (9) och med en räknare (65) för mängden biogas, varvid organet (49) och räknaren (65) är anordnade att samverka med varandra, då uppjäsningsintensiteten hålles konstant.

10. Anläggning enligt patentkravet 9, k ä n n e - t e c k n a d av att organet (49) för konstanthållning av det förutbestämda undertrycket är uppbyggt i form av en bälgpump, som består av en tryckkammare (51), ett bälgorgan (50), en taktgenerator (57), en tryckförinställningsgivare (63), ett pneumatiskt jämförelseelement (62) och pneumatiska ventiler (53-56, 61) av vilka två (S4, 55) är förbundna med bälgorganet (50), lagringsbehållaren (9) och en gasbehållare (64), medan de övriga ventilerna (53 resp 56) är förbundna med tryckkammaren (51) respektive tryckförinställningsgiva- ren (63) och det pneumatiska jämförelseelementet (62), vars, ena inlopp är förbundet med bälgorganet (50) och vars andra inlopp är förbundet med tryckförinställningsgivaren (63), medan räknare (65) för mängden biogas är förbunden med den med de pneumatiska ventilerna (53 - 56, 61) förbundna takt- generatorn (57).

11. ll. Anläggning enligt patentkravet 8, t e c k n a d av att organen (l, 7) för tillförsel av gödsel resp för uttagande av den uppjästa massan innefattar minst tre från varandra pneumatiskt avskilda rum med däri inbyggda inlopps-, mellan- och utloppspartier (31, 32 resp k ä n n e - k ä n n e - i- * »k 450 769 fef-:Mywwfh _ 35 s 33) av en elastisk materialledning, vilka partier är för- I bundna med varandra medelst rörstutsar (36), och en pneu- matisk pulsgenerator (37), vars utlopp är direkt förbundet med rummet i utloppspartiet (33) och genom tidsfördröjnings- * 5 element (34 resp 35) är förbundet med rummen 1 inlopps- och E ä F ä< mellanpartierna (31 resp 32). ef; a, .Area-re e. nu.-.