SK92199A3

SK92199A3 - Method and device for producing a biogas from biodegradable solid substances

Info

Publication number: SK92199A3
Application number: SK921-99A
Authority: SK
Inventors: Stefan Mico
Original assignee: Stefan Mico
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-02-12
Also published as: SK286482B6

Abstract

Method for the disposal of solid biodegradable substances in a biogas production containing process of fermentation and methanation, in which the solid biodegradable components are disintegrated mechanically and mixed with anaerobic active sludge to form a substrate, that is heated to a temperature from 30 degree to 60 degree, at which the substrate having retention time from 1 day to 40 day and pH value from 4.0 to 12.0 is continually stirred in anaerobic condition, and after its transfer into the methanation reactor vessel the substrate is treated with methane forming bacteria at which biogas and active sludge is formed and at least part of the active sludge is recirculated into the fermentation reactor's tank.

Description

Vynález sa týka spôsobu výroby bioplynu z biodegradovateľných látok, ktorého základom je fermentačný a metanizačný proces a zariadenia na jeho vykonávanie.The invention relates to a process for the production of biogas from biodegradable substances, which is based on a fermentation and methanization process and apparatus for carrying out it.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Likvidácia prebytočných a odpadových biodegradovateľných látok sa v súčasnosti uskutočňuje rôznymi spôsobmi. Tak napríklad drevný odpad alebo prebytočná slama sa spaľujú v spaľovniach, nezávadný odpad z kuchýň sa používa napríklad na skrmovanie pre zvieratá, iné odpady sa uskladňujú cielene na skládkach - zber triedeného odpadu, prípadne odpad z priemyselne využiteľnej stromovej hmoty alebo z výrubu sa môže použiť napr. na výrobu rašelinových substrátov.The disposal of surplus and waste biodegradable substances is currently carried out in different ways. For example, wood waste or excess straw is incinerated in incinerators, safe kitchen waste is used, for example, for feeding to animals, other waste is stored specifically in landfills - collection of sorted waste, or waste from industrially usable tree matter or excavation can be used eg . for the production of peat substrates.

Doterajší spôsob likvidácie biodegradovateľných látok je vo väčšine prípadov neekologický, bez výrazného ekonomického prínosu, skôr náročný na náklady spojené s prepravou a skladovaním týchto látok. Najvýraznejším negatívnym javom doterajších spôsobov likvidácie biodegradovateľných odpadových látok hlavne spaľovaním a ukladaním na skládkach je pomerne vysoké ekologické zaťaženie životného prostredia.The current method of disposal of biodegradable substances is, in most cases, non-ecological, without significant economic benefits, rather demanding on the costs associated with the transport and storage of these substances. The most significant negative phenomenon of the current methods of disposal of biodegradable waste materials, mainly by incineration and landfilling, is the relatively high environmental burden on the environment.

Cieľom vynálezu je preto vyvinúť taký spôsob likvidácie biodegradovateľných látok, ktorým by sa dosiahlo ich výrazné ekonomické využitie pri evidentnom znížení ekologického balastu.It is therefore an object of the present invention to provide such a method for the disposal of biodegradable substances which would achieve their significant economic use while clearly reducing the ecological ballast.

Cieľ vynálezu sa dosiahne spôsobom výroby bioplynu z pevných biodegradovateľných látok, ktorého základom je fermentačný a metanizačný proces, pričom jeho podstata spočíva v tom, že pevné biodegradovateľné látky sa mechanicky rozdrvia a zmiešajú s anaeróbnym aktivovaným kalom na substrát, ktorý sa počas stáleho miešania bez prístupu vzduchu zohrieva na teplotu v rozsahu 30° až 60 ⁰ C so zádržnou dobou 1 až 40 dní, pri hodnote pH 4,0 až 12,0 s následným pôsobením metanizačných baktérií, uvoľňujúcich bioplyn.The object of the invention is achieved by a method of producing biogas from solid biodegradable substances, which is based on a fermentation and metanization process, which is based on the fact that solid biodegradable substances are mechanically crushed and mixed with anaerobic activated sludge to a substrate. The air is heated to a temperature in the range of 30 ° C to 60 ^° C with a holding time of 1 to 40 days, at a pH value of 4.0 to 12.0, followed by the action of biogas-releasing methanizing bacteria.

Podstatou zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu, ktoré pozostáva z drviča, miešacieho mechanizmu, nádrže fermentačného reaktora, nádrže metanizačného reaktora a zahusťovača hnojiva je, že nádrž metanizačného reaktora, opatrená odvádzacím potrubím bioplynu, je dvojfázovým odlučovačom rozdelená aspoň na dve časti a je spojená s nádržou fermentačného reaktora potrubím vonkajšej recirkulácie. V dolnej časti je opatrená rozvodom substrátu. V hornej časti má vytvorený otvor na odvádzanie bioplynu. Na dno dvojfázového odlučovača je pripojené potrubie vnútornej recirkulácie.The essence of the apparatus for carrying out this method, which consists of a shredder, a mixing mechanism, a fermentation reactor tank, a methanization reactor tank and a fertilizer thickener, is that the methanization reactor tank provided with the biogas discharge line is divided into at least two parts by a two-phase separator. of the fermentation reactor via external recirculation piping. At the bottom is provided with a substrate distribution. In the upper part there is a hole for the removal of biogas. An internal recirculation pipe is connected to the bottom of the two-phase separator.

Výhodné je, keď nádrž metanizačného reaktora má na d dnom lokalizovaný vyhrievací element.Advantageously, the methanization reactor tank has a heating element located on the bottom.

K výhodám patrí aj to, že nádrž fermentačného reaktora je opatrená miešacím mechanizmom a je pripojená na drvič.Advantages also include that the fermentation reactor tank is equipped with a stirring mechanism and is connected to a crusher.

Výhodou je tiež to, že nádrž fermentačného reaktora je v dolnej časti opatrená vyhrievacím článkom.It is also advantageous that the fermentation reactor tank is provided with a heating element at the bottom.

Výhodné je aj to, keď potrubie vnútornej recirkulácie je pripojené na zahusťovač hnojiva.It is also advantageous if the internal recirculation pipe is connected to the fertilizer thickener.

Zariadenie na výrobu bioplynu z pevných biodegradovateľných látok pracuje v uzavretom cykle bezodpadovou technológiou, bez znečisťovania vody a bez vzniku ekologického balastu. Pracuje s vysokým zaťažením od 30 do 150 kg.m'³ celkovej sušiny. Výťažnosť bioplynu je 0,2 až 0,9 m³ z 1 kg pevnej biodegradovateľnej látky.The biogas plant from solid biodegradable substances operates in a closed cycle with waste-free technology, without water pollution and without the formation of ecological ballast. It operates with a high load of 30 to 150 kg / m ^{3 of} total dry matter. Biogas yield is 0.2 to 0.9 m ³ per 1 kg solid biodegradable substance.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález je bližšie vysvetlený pomocou výkresu, na ktorom je zariadenie na výrobu bioplynu z pevných biodegradovateľných látok znázornené schematicky.The invention is explained in more detail by means of a drawing in which a plant for producing biogas from solid biodegradable substances is shown schematically.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1:Example 1:

Spôsob výroby bioplynu z pevných biodegradovateľných látok je založený na použití prebytočného anaeróbneho aktivovaného kalu, ktorý sa privádza spolu s rozdrvenými pevnými biodegradovateľnými látkami napríklad zelenou trávovou hmotou do nádrže fermentačného reaktora kde sa zmieša na substrát s obsahom sušiny 1 až , ktorý sa počas stáleho miešania bez prístupu vzduchu zohrieva na teplotu v rozsahu 30° až 60° C so zádržnou dobou dva dni. V nádrži fermentačného reaktora prebieha čiastočná fermentácia pri hodnote pH 4,0 a permanentnom odčerpávaní fermentovanej zmesi do nádrže metanizačného reaktora, kde sa pôsobením metanizačných baktérií rozkladá na metán a anaeróbny aktivovaný kal, ktorý sa recirkuluje späť do nádrže fermentačného reaktora, alebo ako prebytočný odvádza na odvodnenie a po úprave sa použije ako hnojivo.The method of producing biogas from solid biodegradable solids is based on the use of excess anaerobic activated sludge, which is fed together with crushed solid biodegradable solids, for example green grass, into a fermentation reactor tank where it is mixed into a dry matter substrate 1 to the air inlet is heated to a temperature in the range of 30 ° to 60 ° C with a holding time of two days. Partial fermentation takes place in the fermentation reactor tank at pH 4.0 and the permanent fermentation mixture is pumped to the methanization reactor tank, where it is decomposed into methane and anaerobically activated sludge, which is recirculated back to the fermentation reactor tank, or discharged to excess drainage and after treatment is used as fertilizer.

Príklad 2:Example 2:

Drevná hmota sa rozdrví na drobné častice a privedie sa do nádrže fermentačného reaktora, kde sa zmieša s anaeróbnym aktivovaným kalom na substrát, ktorý sa počas stáleho miešania zohrieva na teplotu v rozsahu 30° až 60° C so zádržnou dobou 40 dní. V nádrži fermentačného reaktora prebieha čiastočná fermentácia pri hodnote pH 12,0, s následným prečerpávaním fermentovanej zmesi do nádrže metanizačného reaktora, kde sa podrobuje pôsobeniu metanizačných baktérií za vzniku bioplynu. Odlúčený anaeróbny aktivovaný kal sa recirkuluje späť do nádrže fermentačného reaktora, alebo sa ako prebytočný odvádza na odvodnenie a po úprave sa používa ako hnojivo.The wood mass is crushed into small particles and fed into a fermentation reactor tank where it is mixed with anaerobic activated sludge to a substrate which is heated to a temperature in the range of 30 ° C to 60 ° C with a holding time of 40 days. Partial fermentation takes place in the fermentation reactor tank at a pH of 12.0, followed by pumping the fermented mixture into the methanization reactor tank, where it is subjected to methanization bacteria to form biogas. The separated anaerobic activated sludge is recirculated back to the fermentation reactor tank, or is discharged as excess water for drainage and used as a fertilizer after treatment.

Zariadenie na výrobu bioplynu z pevných biodegradovateľných látok je tvorené nádržou 1 metanizačného reaktora, opatrenou v najvyššom mieste odvádzacím potrubím 8 bioplynu, ktorá je rozdelená dvojfázovým odlučovačom 2 na dve časti. V dolnej časti je opatrená rozvodom 3 substrátu pod ktorým je lokalizovaný vyhrievací prvok 4. V hornej časti má vytvorený otvor 9 na odvádzanie bioplynu. Potrubím 6 vonkajšej recirkulácie je nádrž 1 metanizačného reaktora spojená s nádržou 10 fermentačného reaktora. Na dno dvojfázového odlučovača 2 je pripojené potrubie 5 vnútornej recirkulácie, ktoré je vyúsťuje do do spodnej časti nádrže 10 fermentačného reaktora a do zahusťovača 7 hnojiva. Nádrž 10 fermentačného reaktora je spojená s drvičom 12 a je opatrená miešacím mechanizmom U- V dolnej časti je opatrená vyhrievacím článkom 13.The biogas plant from solid biodegradable substances consists of a methanization reactor tank 1 provided at the highest point with a biogas discharge line 8, which is divided into two parts by a two-phase separator 2. In the lower part it is provided with a substrate distribution 3 under which the heating element 4 is located. In the upper part it has a hole 9 for evacuating biogas. The external recirculation line 6 is the methanization reactor tank 1 connected to the fermentation reactor tank 10. An internal recirculation pipe 5 is connected to the bottom of the two-phase separator 2 and flows into the bottom of the fermentation reactor tank 10 and into the fertilizer thickener 7. The fermentation reactor tank 10 is connected to a crusher 12 and is provided with a stirring mechanism 11 at the bottom of which is provided with a heating element 13.

Do drviča 12 sa privedú biodegradovateľné látky ako napríklad drvená biomasa alebo kuchynský odpad zo separovaného zberu, prípadne slama, traviny a iná zelená hmota, ktorá sa mechanicky drvičom 12 rozdrví na drobné častice, ktoré sa miešajú v prvej fáze so substrátom v nádrži 10 fermentačného reaktora. Za stáleho miešania miešacím mechanizmom 11 je do nádrže 10 fermentačného reaktora potrubím 6 vonkajšej recirkulácie privádzaný prebytočný kal z nádrže 1 metanizačného reaktora. Takto vytvorený substrát s obsahom sušiny 1 až 98 % hmotnostných sa pri permanentnom nahrievaní na teplotu v rozsahu od 30° do 60° C so zádržnou dobou od 1 do 40 dní, závislou na zložení biodegradovateľných látok, podrobuje fermentácii, po ktorej sa odčerpáva do nádrže 1 metanizačného reaktora a rozvádza sa v jeho spodnej časti po celej ploche rozvodu 3, odkiaľ prúdi a mieša sa sbiomasou vnútornou recirkuláciou, kde vytvára homogénnu zmes s metanizačnými baktériami, ktoré produkujú metán, ktorý sa oddeľuje v dvojfázovom odľučovači 2. V dvojfázovom odlučovači 2 sa v prvej fáze vylúči anaeróbno aktivovaný kal a následne sa v druhej fáze odlúči bioplyn, ktorý prestúpi otvorom 9 do najvyššieho miesta nádrže 1 metanizačného reaktora, odkiaľ sa odvádza odvádzacím potrubím 8 bioplynu, na ďalšie využitie ako vysokohodnotné palivoBiodegradable substances such as crushed biomass or kitchen waste from separate collection or straw, grasses and other green matter are fed to the shredder 12, which is mechanically crushed into shredded particles by the shredder 12, which are mixed with the substrate in a fermentation reactor tank 10 . While stirring by the stirring mechanism 11, excess sludge is fed to the fermentation reactor tank 10 via external recirculation line 6 from the methanization reactor tank 1. The substrate thus formed having a dry matter content of 1 to 98% by weight is subjected to a fermentation after which it is pumped into a tank when permanently heated to a temperature of 30 ° to 60 ° C with a holding time of 1 to 40 days depending on the composition of the biodegradable substances. 1 of the methanization reactor and distributed in its lower part over the entire distribution area 3, from where it flows and mixes with internal internal recirculation, where it forms a homogeneous mixture with methanization bacteria that produce methane that separates in the two-phase separator 2. in the first phase anaerobically activated sludge is eliminated and in the second phase biogas is separated, which passes through the orifice 9 to the highest point of the methanization reactor tank 1 from where it is discharged through the biogas discharge line 8 for further use as high-value fuel

3s obsahom metánu 60 až 80 %. Oddelený anaeróbny aktivovaný kal sa odvádza potrubím 6 vonkajšej recirkulácie späť do nádrže 10 fermentačného reaktora, kde sa za stáleho miešania miešacím mechanizmom 11 a privádzaní biodegradovateľných látok drvených drvičom 12 mieša a nahrieva na teplotu 30° až 60° C prostredníctvom vyhrievacieho článku 13. Z potrubia 5 vnútornej recirkulácie sa odoberá prebytočný aktivovaný kal, ktorý sa môže recirkulovať späť do nádrže 1 fermentačného reaktora alebo sa odvádza na odvodnenie do zahusťovača 7 hnojiva, kde sa bez pridávania chemických látok zahusťuje na vysokohodnotné tekuté hnojivo.3 with a methane content of 60 to 80%. The separated anaerobic activated sludge is discharged via external recirculation line 6 back to the fermentation reactor tank 10, where it is stirred and heated to 30 ° to 60 ° C by means of a heating element 13 while stirring with the stirring mechanism 11 and feeding the biodegradable substances. 5 of the internal recirculation, the excess activated sludge is withdrawn, which can be recirculated back to the fermentation reactor tank 1 or drained for drainage to the fertilizer thickener 7, where it is thickened to a high-value liquid fertilizer without the addition of chemicals.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Spôsob výroby bioplynu podľa tohto vynálezu nachádza široké využitie prakticky vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti, kde sa produkujú biodegradovateľné látky vo forme odpadu alebo druhotných surovín. Tieto látky sú spracovávané zariadením, ktoré je tiež predmetom tohto vynálezu na vysokohodnotné palivo. Z ekologického hľadiska ide o najčistejšiu formu získavania energie bezodpadovou technológiou.The biogas production process of the present invention finds widespread use in virtually all areas of human activity where biodegradable substances are produced in the form of waste or secondary raw materials. These substances are processed by a device which is also the subject of the present invention for high-grade fuel. From the ecological point of view, it is the purest form of energy generation through waste-free technology.

Claims

Process for the production of biogas from solid biodegradable substances based on a fermentation and methanization process, characterized in that the solid biodegradable substances are mechanically crushed and mixed with anaerobic activated sludge to a substrate which is heated to a temperature during continuous mixing without air in the range of 30 ° to 60 ° C with a holding time of 1 to 40 days, at a pH of 4.0 to 12.0, followed by biogas-releasing methanization bacteria.

Method for carrying out the method according to claim 1, comprising a crusher, a mixing mechanism, a fermentation reactor tank, a methanization reactor tank and a fertilizer thickener, characterized in that the methanization reactor tank (1) provided with the biogas discharge line (8) is divided a two-phase separator (2) for at least two parts and connected to the fermentation reactor tank (10) via an external recirculation line (6), provided with a substrate distribution (3) in the lower part and a biogas outlet (9) formed an internal recirculation pipe (5) is connected to the bottom of the two-phase separator (2).

Device according to claim 2, characterized in that the methanization reactor tank (1) has a heating element (4) located above the bottom.

Apparatus according to claims 2 and 3, characterized in that the fermentation reactor tank (10) is provided with a stirring mechanism (11) and connected to a crusher (12).

Device according to claim 2, 3 and 4, characterized in that the fermentation reactor tank (10) is provided in the lower part with a heating element (13).

Apparatus according to claim 2, 3, 4 and 5, characterized in that the internal recirculation pipe (5) is connected to the fertilizer thickener (7).