СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ И ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА Российский патент 2006 года по МПК C02F11/04 A61L2/04 A61L2/16 A61L11/00 

Первый аспект настоящего изобретения относится к анаэробному сбраживанию навоза животных (метод ликвидационной переработки отстойных масс), энергетической биомассы и тому подобных органических субстратов. Технология обеспечивает переработку питательных веществ, содержащихся в сброженной биомассе, в удобрение коммерческого качества. Желательно, чтобы в общей концепции оптимизации внутренних и внешних характеристик животноводческих хозяйств были объединены система разделения биогаза и иловых осадков по настоящему изобретению и работа животноводческих хозяйств.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения возможно удаление отходов животноводства в виде туш животных, отходов скотобойни, мясокостной кормовой муки и т.п. На установке отходы перерабатываются в удобрения для применения на сельскохозяйственных угодьях. В процессе переработки возможное содержание BSE (спонгиоформная (губчатая) энцефалопатия коров («бешенство коров»)) - прионов или других прионов в значительной степени снижается, или исключается совсем. Продукты животноводства в данном случае используются не как фураж, а как удобрение. Разложение возможных BSE-прионов в биомассе, перерабатываемой на установке, вместе с использованием переработанной биомассы в качестве удобрения вместо фуража в значительной степени уменьшает, или исключает совсем, риск инфекционного заражения животных или людей BSE-прионами или их модификациями.

Внутренние характеристики связаны с аспектами качества, имеющими отношение к управлению животноводческими фермами, и включают промышленную гигиену, условия содержания животных, контроль за выбросами газов и пыли и безопасность пищевых продуктов. Внешние характеристики связаны, главным образом, с производством энергии и контролем за выходом в окружающую среду питательных веществ и газов теплиц и продажей высококачественных пищевых продуктов, а также с альтернативным путем удаления туш животных и т.п.

Предпосылки создания изобретения

Отделение аммиака

Химия аммиака хорошо известна и отделение аммиака от различных жидкостей является хорошо известной промышленной технологией. Например, эта технология применяется в сахарной промышленности (Бунерт и др., 1995 г., Чакук и др. 1994 г., Бенито и Куберо, 1996 г.) и муниципалитетами при обработке отвалов мусорных свалок (Чеунг и др. 1997 г.). Аммиак может также отделяться от иловых осадков свиноферм на основе тех же принципов, что и в промышленности (Ляо и др., 1995 г.).

Основной принцип, который используется при крупномасштабном отделении аммиака, состоит в повышении уровня рН и аэрировании и нагреве сточных вод или иловых осадков. Для повышения уровня рН часто используется Са(ОН)₂ или СаО. Могут использоваться и другие основания типа NaOH или КОН. Однако при промышленных масштабах производства используется известь, например в цементной промышленности, которая обходится дешево и всегда доступна как массовый продукт.

С целью отделения аммиака путем поглощения с получением концентрата аммиака применяются абсорбционные колонны, в которых часто используется серная кислота. Серная кислота технического качества является массовым продуктом, используемым в промышленности, и доступна для использования в абсорбционных колоннах для отделения аммиака от иловых осадков и других сточных вод (например, Сакук и др., 1994 г.).

На основе опыта, полученного в сахарной промышленности, было найдено, что наиболее подходящими являются следующие параметры: температура 70°С; уровень рН в пределах 10-12; соотношение жидкой фракции к газообразной, равное 1:800, при эффективности 96%.

Для случая отделения аммиака от иловых осадков при низких температурах были найдены следующие оптимальные параметры: температура 22°С; уровень рН около 10-12; отношение жидкой фракции к газообразной, равное 1:1200, при 90% эффективности и работе в течение 150 ч (Ляо и др., 1995 г.).

Ссылки

Бенито Г.Г. и Куберо М.Т.Г. (1996 г.) Удаление аммиака из потоков конденсата свекольно-сахарного производства системой отделения-реабсорбции. Сахарная промышленность, 121, 721-726.

Benito G.G. and Cubero M.T.G. (1996) Ammonia elimination from beet sugar factory condensate streams by a stripping-reabsorbing system. Zuckerindustrie 121, 721-726.

Бунерт У., Бучус Р., Брунс М., и Бухольц К. (1995 г.) Отделение аммиака. Сахарная промышленность, 120, 960-969.

Bunert U., Buczys R., Bruhns M., and Buchholz K. (1995) Ammonia stripping. Zuckerindustrie 120,960-969.

Чачук А., Зарзуки Р. и Ичиек Дж. (1994 г.) Математическая модель абсорбционных отгонных колонн для удаления аммиака из конденсатов. Сахарная промышленность, 119, 1008-1015.

Chacuk A., Zarzycki R., and Iciek J. (1994) A mathematical model of absorption stripping columns for removal of ammonia from condensates. Zuckerindustrie 119,1008-1015.

Чеунг К.С., Чу Л.М и Уонг М.Х. (1997 г.) Отделение аммиака как предварительная обработка для выщелачивания свалок. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 1994 г., 209-221.

Cheung К.С., Chu L.M., and Wong M. Н. (1997) Ammonia stripping as a pre-treatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Ляо, П.Х., Чен А., и Ло К.В. (1995 г.) Удаление азота из сточных вод свинофермы путем отделения аммиака. Биотехнология и Прикладная Микробиология. 54, ИТ-20.

Liao, Р. Н., Chen A., and Lo К. V. (1995) Removal of nitrogen from swine manure wastewaters by ammonia stripping. Biotechnology & Applied Microbiology 54, IT-20.

Щелочной и термический гидролизы

Предварительная тепловая обработка биомассы перед анаэробным сбраживанием - технология, которая хорошо описана в литературе, например, авторами Ли и Ниоке (1992 г.). В последние годы предварительная тепловая обработка городских отходов также использовалась в промышленном масштабе фирмой Камби АС, Биллингстад, Норвегия (Cambi AS, Billingstad, Norway).

Уанг и др. (1997 г (а и b)) обнаружили, что предварительная тепловая обработка городских отходов при 60°С и пребывание в воде в течение 8 дней приводят к увеличенному выходу метана (52,1%). Подобный результат был получен авторами Танака и др. (1997 г.), однако сочетание этого способа с щелочным гидролизом дало самое большое увеличение выхода газа (200%). МкКарти и др. выполнили ряд исследований, в которых показали, что сочетание термического и щелочного гидролиза значительно увеличивает выход газа. Однако перед тем как химический гидролиз значительно увеличит выход газа, необходимо, чтобы уровень рН составлял приблизительно 10-12, но предпочтительно 11 или выше.

Результаты исследований, выполненные Уангом и др. (1997 г.) и приведенные в разделе 2.1 показали, что при стандартных параметрах отделения аммиака (рН приблизительно 10-12, предпочтительно 11 или больше и температура приблизительно 70°С или больше в течение недели) выход газа увеличивается.

Ссылки

Ли У.У. и Ноике Т. (1992 г.) Модернизация анаэробного сбраживания активных иловых осадков сточных вод путем предварительной тепловой обработки. Наука и технология воды 26, 3-4.

Li Y.Y., and Noike T. (1992) Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by thermal pre-treatment. Water Science and Technology 26, 3-4.

МкКарти П.Л, Юнг Л.И., Госсетт Дж.М., Стакей Д.С. и Хили младший Дж.Б. Термическая обработка с целью увеличения выхода метана из органических материалов. Стэнфордский Университет, Калифорния 94305, США.

McCarty P.L, Young L.Y., Gossett J.M., Stuckey D.С., and Healy JR.J.B. Heat treatment for increasing methane yield from organic materials. Stanford University, California 94305, USA.

Танака С., Кобаяши Т., Камияма К. и Билдан М.Л.Н.С. (1997 г.). Влияние тепло-химической предварительной обработки на анаэробное сбраживание удаляемых активных иловых осадков сточных вод. Наука и технология воды. 35, 209-215.

Tanaka S., Kobayashi Т. Kamiyama К. and Bildan M.L.N.S. (1997) Effects of thermo chemical pre-treatment on the anaerobic digestion of waste activated sludge. Water Science and Technology 35,209-215.

Уанг К., Ногучи С., Хара У., Шарон К., Какимото К. и Като У. (1997 г. (а)) Исследования механизмов анаэробного сбраживания: Влияние температуры предварительной обработки на биологическое разложение удаляемых активных иловых осадков сточных вод. Технология окружающей среды. 18, 999-1008.

Wang Q., Noguchi С., Hara Y., Sharon С., Kakimoto К., and Kato Y. (1997a) Studies on anaerobic digestion mechanisms: Influence of pre-treatment temperature on biodegradation of waste activated sludge. Environmental Technology 18, 999-1008.

Уанг К., Ногучи С.К., Кунинобу M., Хара У., Какимото К., Огава Х.И., и Като У. (1997 г. (b)). Влияние времени пребывания в воде на анаэробное сбраживание предварительно обработанных иловых осадков. Методы Биотехнологии. 11, 105-108.

Wang Q., Noguchi С.К:, Kuninobu M., Hara Y., Kakimoto К. Ogawa H.I. and Kato Y. (1997b) Influence of hydraulic retention time on anaerobic digestion of pre-treated sludge. Biotechnology Techniques 11,105-108.

Санитарная обработка

Санитарная обработка иловых осадков перед транспортировкой и использованием в поле составляет важную стратегию, обеспечивающую сокращение риска распространения насекомых, вирусов, бактерий и паразитов (например, Бендихен, 1999 г.). Анаэробное сбраживание оказалось эффективным средством уменьшения числа насекомых в иловых осадках, но не привело к полному удалению этих организмов (Бендихен, 1999 г.; Пагилла и др., 2000 г.). Использование СаО для обеззараживания иловых осадков сточных вод также показало, что число яиц Ascaris и паразитов (Эриксен и др., 1996 г.) и вирусов значительно сократилось, но они не исчезли полностью (Тернер и Бертон, 1997 г.).

Ссылки

Бендихен Х.Дж. Гигиеническая безопасность - результаты научных исследований в Дании (требования обеззараживания на датских установках для получения биогаза). Семинар, март 1999 г.. Рабочая группа по биоэнергии.

Bendixen H.J. Hygienic safety - results of scientific investigations in Denmark (sanitation requirements in Danish biogas plants). Hohenheimer Seminar IEA Bio-energy Workshop March 1999.

Эриксен Л., Андерсен П., Илсое Б. (1996 г.) Инактивация яиц Аскарид за время хранения в иловых осадках сточных вод, обработанных известью. Водное Исследование. 30, 1026-1029.

Eriksen L, Andreasen P. Ilsoe B. (1996) Inactivation of Ascaris suum eggs during storage in lime treated sewage sludge. Water Research 30, 1026-1029.

Пагилла К.Р., Ким X., и Чеунбарн Т. (2000 г.) Аэробная термофильная и мезофильная обработка отходов свиноферм. Водное Исследование. 34, 2747-2753.

Pagilla К.R., Kirn H., and Cheunbarn T. (2000) Aerobic thermopile and anaerobic mesopile treatment of swine waste. Water Research 34, 2747-2753.

Тернер С. и Бертон К. X. (1997) Инактивация вирусов в иловых осадках свиноферм. Обзор. Технология биоресурсов. 61, 9-20.

Turner С. and Burton С.H. (1997) The inactivation of viruses in pig slurries: a review. Bioresource Technology 61,9-20.

Пена

Пенообразование, связанное с анаэробным сбраживанием, может вызвать серьезную проблему для работы бродильного аппарата. Существует множество веществ, используемых для устранения пены, включая различные полимеры, растительные масла (например, рапсовое масло) и различные соли (например, Вардар-Сукан, 1998 г.). Однако полимеры могут нанести вред окружающей среде и часто бывают дороги и неэффективны.

Ссылки

Вардар-Сукан Ф. (1998 г.) Пенообразование: последствия, предотвращение и разрушение. Успехи Биотехнологии. 16, 913-948.

Vardar-Sukan F. (1998) Foaming: consequences, prevention and destruction. Biotechnology Advances 16, 913-948.

Флокуляция

Ионы кальция известны как средство флокуляции веществ и частиц в результате формирования мостиков кальция между органическими и минеральными веществами в растворе или суспензии, что обеспечивает формирование частиц в "хлопья" (например, Санин и Весилинд, 1996 г.). По этой причине кальций используется для обезвоживания иловых осадков сточных вод (Хиггинз и Новак, 1997 г.).

Ссылки

Хиггинз М.Дж. и Новак Дж.Т. (1997 г.). Действие катионов на осаждение и обезвоживание активных иловых осадков: Лабораторные результаты. Исследование водной среды, 69, 215-224.

Higgins M.J. and Novak J.T. (1997). The effects of cations on the settling and dewatering of activated sludge's: Laboratory results. Water Environment Research 69, 215-224.

Санин Ф.Д. и Весилинд П.А. (1996 г.) Синтетические иловые осадки: физическая/химическая модель в понимании био-флокуляции. Исследование водной среды. 68, 927-933.

Sanin F.D., and Vesilind P.A. (1996) Synthetic sludge: A physical/chemical model in understanding bio flocculation. Water Environment Research 68, 927-933.

Разделение иловых осадков с помощью декантирующей центрифуги, отделение фосфора

В течение последних 100 лет декантирующие центрифуги применились во множестве индустриальных процессов.

К числу последних примеров использования декантирующих центрифуг можно отнести установку Ново-Нординск в городе Калунборге, в которой обрабатываются все отходы больших установок по ферментации инсулина. С помощью декантирующей центрифуги производится обезвоживание иловых осадков городских отходов (Альфа Лаваль A/S). Декантирующие центрифуги отделяют сухое (твердое) вещество от иловых осадков или отходов, в то время как водная фракция или сбросная вода направляется на обычную станцию очистки сточных вод.

Эксперименты с разделением навозной жижи рогатого скота, свиней и дегазированных иловых осадков показывают, что декантирующие центрифуги могут легко обрабатывать все виды навоза. Было обнаружено, что центрифуги удаляют из предварительно сброженной, прогретой жижи приблизительно 70% сухого вещества, 60-80% всего фосфора и только 14% всего азота (Меллер и др., 1999 г.; Меллер, 2000 г. (а)). Соответствующие значения для необработанной навозной жижи рогатого скота и свиней были несколько ниже. Следует отметить, что из отходов удалялось только 14% всего азота.

Полная расчетная стоимость обработки составила 5 датских крон на 1 м³ иловых осадков при объеме иловых осадков 20000 тонн или больше. В тех случаях, когда объем иловых осадков превышает 20000 тонн, использование декантирующих центрифуг для отделения сухого вещества и всего фосфора от иловых осадков является более эффективным (Меллер и др., 1999 г.).

При нормальных условиях обрабатывать иловые осадки в декантирующей центрифуге невыгодно, потому что это не связано ни с каким сокращением объема или другими выгодами для фермеров. При внесении обработанных иловых осадков в поле в результате повышенной скорости инфильтрации в почве может быть несколько уменьшена потеря аммиака (Меллер, 2000 г. (b)), но для фермеров применение декантирующей центрифуги не является побудительным стимулом.

Ссылки

Moller Н.В. (2000а) Opkoncentrering af ngeringsstoffer i husdyrgodning med dekantercentrifuge og skruepresse. Notat 12. September 2000, Forskningscenter Bygholm.

Mller H.B. (2000b) Gode resultater med at separere gylle. Maskinbladet 25. august, 2000.

Меллер Х.Б., Лунд И. и Соммер С.Г. (1999 г.) Отделение твердой фракции навозной жижи скота от жидкой: эффективность и стоимость.

Moller Н.В., Lund I., and Sommer S.G. (1999) Solid-liquid separation of livestock slurry: efficiency and cost

Alfa Laval A/S Gylleseparering. Separeringsresultater med decantercentrifuge.

Осаждение фосфора

Почти немедленно после введения кальция в виде фосфата кальция Са₃(РО₄)₂ фосфор осаждается из раствора (Чеунг и др., 1995 г.).

Чеунг К.С., Чу Л.М и Уонг М.Х. (1997 г.) Отделение аммиака как предварительная обработка для выщелачивания свалок. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 1994 г., 209-221.

Cheung К.С., Chu L M., and Wong M.Н. (1997) Ammonia stripping as a pre-treatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Предотвращение образования струверита

Еще одним важным аспектом является то, что осаждение фосфора вместе с отделением аммиака предотвращает образование струверита (MgNF₄PO₄). Струверит создает серьезную проблему в теплообменниках, при транспортировке по трубам и т.д. (Крюгер, 1993 г.). Механизм состоит в удалении фосфора через образование СаРО₄, а также в удалении аммиака посредством его отделения. При удалении фосфора и аммиака струверит не образуется.

Krüger (1993) Struvit dannelse i biogasfsellesanlaeg. Krüger WasteSystems AS.

Фильтрация сбросной воды

Системы доочистки иловых осадков и мембранной фильтрации сбросной воды в последние 10 лет были представлены в виде, например, мембранных установок (BioScan A/S, Ansager ApS) и установок на основе парового сжатия (Funki A/S, Bjornkj r Maskinfabrikker A/S). Эти системы приводят к валовым издержкам на 1 м³ иловых осадков, равным 50-100 датских крон. К тому же эти установки не могут обрабатывать другие типы навоза, кроме жидкой фракции навоза свиноферм.

Сокращение объема, полученное при использовании этих установок, часто составляет не больше 50-60%, а это значит, что внесение остатков в поле в любом случае зависит от обычных устройств. Следовательно, эти установки не конкурентоспособны из-за уровня издержек и/или ограниченного сокращения объема.

Однако важно обсудить и понять уровень издержек при использовании этих установок. Важно также рассмотреть использование энергии в виде электричества, которое обеспечивает механическое паровое сжатие, которое составляет приблизительно 50 кВт·ч на 1 тонну обработанных иловых осадков. Это означает, что применение мембран может оказаться конкурентоспособным по сравнению с технологией испарения, если предположить, что водная фракция, которая будет отфильтрована, состоит из солей и минимальных количеств сухого вещества, которые не вызывают проблем минерализации.

Ссылки

Аргаман У. (1984 г.) Удаление азота из иловых осадков в окислительном канале. Водное исследование. 18, 1493-1500.

Argaman Y. (1984) Single sludge nitrogen removal in an oxidation ditch. Water Research 18, 1493-1500.

Блоуин М., Бисаиллон Дж.Г., Беудет Р. и Ишагу М. (1988 г.) Аэробное биологическое разложение органического вещества отходов свиноферм. Биологические Отходы. 25, 127-139.

Blouin M., Bisaillon J.G., Beudet R., and Ishague M. (1988) Aerobic biodegradation of organic matter of swine waste. Biological Wastes 25,127-139.

Боухабила Е.Х., Эйм Р.Б. и Буиссон X. (1998 г.) Микрофильтрация активных иловых осадков с использованием погружной мембраны с барботированием воздуха (использование для обработки сточных вод). Опреснение. 118, 315-322.

Bouhabila E.H., Aim R.В., and Buisson H. (1998) Micro filtration of activated sludge using submerged membrane with air bubbling (application to wastewater treatment). Desalination 118, 315-322.

Бертон С.Х., Снит Р.У., Мисселбрук Т.Х. и Пэйн Б.Ф. (1998 г.) Журнал исследований по агротехнике. 71, 203.

Burton С.H., Sneath R.W., Misselbrook T.H., and Pain B.F. (1998) Journal of Agricultural Engineering Research 71, 203.

Камарро Л, Диаз Дж.М. и Ромеро Ф. (1996 г.) Доочистка анаэробно сброженных иловых осадков свинофермы. Биомасса и Биоэнергия. 11, 483-489.

Camarro L, Diaz J. M. and Romero F. (1996) Final treatments for anaerobically digested piggery effluents. Biomass and Bioenergy 11, 483-489.

Дойле У. и Де Ла Нойе Дж. (1987 г.) Аэробная очистка свиного навоза: Физико-химические аспекты. Биологические Отходы. 22, 187-208.

Doyle Y. and de la Noüe J. (1987) Aerobic treatment of swine manure: Physico-chemical aspects. Biological Wastes 22, 187-208.

Энгелхард Н., Фирк У. и Уарнкен У. (1998 г.) Включение мембранной фильтрации в процесс очистки активных иловых осадков при обработке городских сточных вод. Наука и технология воды. 38, 429-436.

Engelhardt N.. Firk W., and Warnken W (1998) Integration of membrane filtration into the activated sludge process in municipal wastewater treatment. Water Science and Technology 38, 429-436.

Гаррауэй Дж.Л. (1982 г.) Исследования по аэробной очистке иловых осадков свиноферм. Сельскохозяйственные Отходы. 4, 131-142.

Garraway J.L. (1982) Investigations on the aerobic treatment of pig slurry. Agricultural Wastes 4, 131-142.

Гинниван М.Дж. (1983 г.) Влияние аэрирования на запах и твердую фракцию отходов свиноферм. Сельскохозяйственные Отходы. 7, 197-207.

Ginnivan M.J. (1983) The effect of aeration on odour and solids of pig slurries. Agricultural Wastes 7.197-207.

Гененг И.Е. и Харремес П. (1985 г.) Нитрификация при вращении дисковых систем-1. Критерий перехода от кислорода до ограничения нормы аммиака. Исследование воды. 19, 1119-1127.

Gönenc I.E. and Harremoes P. (1985) Nitrification in rotating disc systems-1. Criteria for transition from oxygen to ammonia rate limitation. Water Research 19,1119-1127.

Скотт Дж.А.; Нейлсон Д.Дж., Лиу У. и Бун П.Н. (1998 г.) Система биореактора с двойной функцией мембраны для увеличенной аэробной обработки высокопрочных промышленных отходов. Наука и технология воды. 38, 413-420.

Scott J.A.; Neilson D.J. Liu W., and Boon P.N. (1998) A dual function membrane bioreactor system for enhanced aerobic remediation of high-strength industrial waste. Water Science and Technology 38, 413-420.

Силва С.М., Риве Д.У., Хузиан X., Раби Х.Р. и Вудхауз К.А. (2000 г.) Журнал науки о мембранах. 173, 87-98.

Silva С.М., Reeve D.W., Husain H., Rabie H.R., and Woodhouse K.A. (2000) Journal of Membrane Science 173. 87-98.

Висванатан С., Янг Б-С., Муттамара С. и Майтанукро Р. (1997 г.) Применение обратной продувки воздуха в мембранном биореакторе. Наука и технология воды. 36, 259-266.

Visvanathan С., Yang B-S., Muttamara S., and Maythanukhraw R. (1997) Application of air back flushing in membrane bioreactor. Water Science and Technology 36, 259-266.

Заиоум Р., Корон-Рамстрим А-Ф., Гер Р. (1996 г.) Заключительное осветление объединенной фильтрацией в баке аэрирования активных иловых осадков. Технология окружающей среды. 17, 1007-1014.

Zaioum R., Coron-Ramstrim A-F. Gehr R. (1996) Final clarification by integrated filtration within the activated sludge aeration tank. Environmental Technology 17, 1007-1014.

Тепловая обработка в извести

Термический и химический гидролиз при температурах меньше 100°С и давлениях около 1 атм повышает вероятность получения биогаза из органического вещества. Однако при такой обработке сложные углеводы типа целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина гидролизуются не полностью. При такой обработке волокна соломы, кукурузы и других зерновых культур не пригодны для получения метана (Биерре и др. 1996 г.; Шмидт и Томсен, 1998 г.; Томсен и Шмидт 1999 г.; Сирохи и Раи 1998 г.). Тепловая обработка в извести при умеренных температурах около 100°С хорошо подходит для подготовки этих субстратов к микробному разложению (Курелли и др. 1997 г.; Чанг и др. 1997 г.; Чанг и др. 1998 г.).

Такая обработка волокон целлюлозы сахарного тростника размером 0,5 мм (4% СаО, при 200°С и 16 бар) обеспечивает разложение целлюлозы на такие органические кислоты небольшой массы, как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота и т.д. При обработке целлюлозы 70% соответствующего количества углеводородов типа чистой глюкозы (Аззам и Назер, 1993 г.) переходит в метан. Кроме того, зеленые зерновые культуры можно обрабатывать известью в автоклаве, но при более низких температурах. Показано, что оптимальный результат достигается, когда водные гиацинты обрабатывались при рН 11 и температуре 121°С (Патель и др. 1993 г.).

Образование полициклических ароматических углеводородов и веществ, являющихся ингибиторами бактерий метана, может проходить при повышенных температурах (Варегий и др. 1993 г.; Патель и др., 1993 г.). Однако это явление не было замечено при относительно умеренных температурах, используемых при тепловой обработке в извести, по сравнению с обработкой при температурах пиролиза (Аззам и др., 1993 г.). Температуры пиролиза настолько высоки, что биомасса распадается непосредственно на такие газы как водород, метан и моноксид углерода, но к сожалению при этом образуются также полициклические ароматические углеводороды и другие загрязняющие вещества.

Ссылки

Аззам А.М. и Наср М.И. (1993 г.) Термофизико-химическая предварительная обработка отходов пищевой промышленности для усиления анаэробного сбраживания и ферментации биогаза. Журнал науки и техники по окружающей среде. 28, 1629-1649.

Azzam A.M. and Nasr M.I. (1993) Physicothermochemical pre-treatments of food processing waste for enhancing anaerobic digestion and biogas fermentation. Journal of Environmental Science and Engineering 28, 1629-1649.

Биерре А.Б., Ойсен А.Б., Фернкуист Т., Плогер А., Шмидт А.С. (1996 г.). Предварительная обработка соломы пшеницы с применением оксидирования во влажной атмосфере и щелочного гидролиза с получением преобразуемой целлюлозы и гемицеллюлозы. Биотехнология и Биоинженерия. 49, 568-577.

Bjerre А.В., Oiesen А.В., Fernquist T., Ploger A., Schmidt A.S. (1996) Pre-treatment of wheat straw using combined wet oxidation and alkaline hydrolysis resulting in convertible cellulose and hemicelluloses. Biotechnology and Bioengineering 49, 568-577.

Чанг B.C., Нагвани M., Хольцаппле М.Т. (1998 г.) Оригинальные статьи - предварительная обработка выжимок пожнивных остатков и соломы пшеницы известью. Прикладная Биохимия и Биотехнология. Часть А - Ферментная инженерия и биотехнология. 74, 135-160.

Chang V, S., Nagwani M., Holtzapple M.T. (1998) Original articles - Lime pre-treatment of crop residues bagasse and wheat straw. Applied Biochemistry and Biotechnology Part A-Enzyme Engineering and Biotechnology 74, 135-160.

Чанг B.C., Барри Б., Хольцаппле М.Т. (1997 г.) Предварительная обработка известью проса прутьевидного. Прикладная Биохимия и Биотехнология. Часть А - Ферментная инженерия и биотехнология. 63-65, 3-20.

Chang V.S., Barry В., Holtzapple M. T. (1997) Lime pre-treatment of switchgrass. Applied Biochemistry and Biotechnology Part A - Enzyme Engineering and Biotechnology 63-65, 3-20.

Курелли Н., Фадда М.Б., Ресчигно А., Ринальди А.С., Содду Г., Солаи Е., Ваккаргиу С.; Санджюст Е., Ридальди А. (1997 г.) Предварительная очистка соломы пшеницы в слабощелочной/окислительной среде. Биохимия Процесса. 32, 665-670.

Curelli N., Fadda M. В., Rescigno A., Rinaldi A. C., Soddu G., Sollai E., Vaccargiu S.; Sanjust E., Rinaldi A. (1997) Mild alkaline/oxidative pre-treatment of wheat straw. Process Biochemistry 32, 665-670.

Патель В., Десаи M. и Мадамуор Д. (1993 г.) Предварительная термохимическая обработка водяного гиацинта для улучшенной биометанации. Прикладная Биохимия и Биотехнология. 42, 67-74.

Patel V., Desai M., and Madamwar D. (1993) Thermo chemical pre-treatment of water hyacinth for improved biomethanation. Applied Biochemistry and Biotechnology 42, 67-74.

Шмидт А.С. и Томсен А.Б. (1998 г.) Оптимизация предварительной обработки соломы пшеницы с помощью влажного окисления. Технология биоресурса. 64,139-152.

Schmidt A.S. and Thomson A.B. (1998) Optimisation of wet oxidation pre-treatment of wheat straw. Bioresource Technology 64, 139-152.

Сирохи С.К. и Раи С.Н. (1998 г.) Оптимизация условий обработки соломы пшеницы известью: Влияние концентрации, влажности и времени обработки на химический состав и ин-витро сбраживание. Наука и технология корма, 74, 57-62.

Sirohi S.К. and Rai S. N. (1998) Optimisation of treatment conditions of wheat straw with lime: Effect of concentration, moisture content and treatment time on chemical composition and in vitro digestibility. Animal Feed Science and Technology 74, 57-62.

Томсен А.Б. и Шмидт А.С. (1999 г.) Дальнейшее развитие химических и биологических процессов для производства биоэтилового спирта: оптимизация предварительной обработки и характеризация продукции. Национальная Лаборатория Ризо, Роскилде, Дания.

Thomsen А.В. and Schmidt A.S. (1999) Further development of chemical and biological processes for production of bio ethanol: optimisation of pre-treatment processes and characterisation of products. Rise National Laboratory, Roskilde, Denmark.

Варегий Г., Жадо П., Мок У.С.Л и Антал М.Дж. (1993 г.) Кинетика термического разложения целлюлозы в герметизированных сосудах при повышенных давлениях. Журнал Сборника аналитического и прикладного пиролиза. 26, 159-174.

Varhegyi G., Szabo P., Mok W.S.L., and Antal M.J. (1993) Kinetics of the thermal decomposition of cellulose in sealed vessels at elevated pressures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 26, 159-174.

Силос из энергетической биомассы

Обычно энергетическая биомасса используется главным образом в виде твердого топлива для сжигания (ива как деревянные дрова, солома или целые семена) или как топливо для двигателей (рапсовое масло). В экспериментах свекла и солома используются для производства этилового спирта (Парсби; Симе, 2001 г.; Густавссон и др., 1995 г.; Уиман и Гудман, 1993 г.; Куч, 1998 г.). Широко распространено использование энергетической биомассы и в других частях мира, где проводятся обширные исследования. В документах широко представлено использование наземных, а также морских и пресноводных установок (Гунаселан, 1997 г.; Джюелл и др., 1993 г.; Джарвис и др., 1997 г.). В некоторых исследованиях показано, что анаэробная ферментация энергетической биомассы является конкурентоспособной по отношению к другому использованию биомассы (Чиновет Д.П., Оуэне Дж.М. и Легранд Р., 2001 г.).

Использование энергетической биомассы имеет хорошие стимулы. Использование соломы организовано таким образом, что это будет заметно в течение многих последующих лет. Использование деревянных дров кажется экономически и практически обоснованным. С другой стороны, сжигание зерна вызывает этические возражения. Производство зерновых также неизбежно связано с использованием удобрений и пестицидов и потерями азота на полях. Азот также теряется при сжигании биомассы.

Ссылки

Бек Дж. Совместная ферментация жидкого навоза и свеклы в качестве регенеративной энергии. Университет Хохенгейм, Факультет агротехники и животноводства.

Beck J. Co-fermentation of liquid manure and beets as a regenerative energy. University of Hohenheim, Dep. Agricultural Engineering and Animal Production. Personal communication.

Чиновет Д.П., Оуенс Дж.М. и Легранд Р. (2001 г.) Возобновляемый метан из анаэробного сбраживания биомассы. Возобновимая Энергия, 22,1-8.

Chynoweth D. P., Owens J. M., and Legrand R. (2001) Renewable methane from anaerobic digestion ofbiomass. Renewable Energy 22, 1-8.

Гунаселан В.Н. (1997 г.) Анаэробное сбраживание биомассы для производства метана: обзор. Биомасса и Биоэнергия, 13, 83-114.

Gunaseelan V. N. (1997) Anaerobic digestion ofbiomass for methane production: A review. Biomass and Bioenergy 13, 83-114.

Густавссон Л., Борьессон П., Бенгт Дж., Свеннингсон П. (1995 г.) Сокращение выделения CO₂ путем замены ископаемого топлива на биомассу. Энергия, 20, 1097-1113.

Gustavsson L, Borjesson P., Bengt J., Svenningsson P. (1995) Reducing CO₂ emissions by substituting biomass for fossil fuels. Energy 20, 1097-1113.

Джюелл В.Дж., Куммингс Р.Дж. и Ричардс Б.К. (1993 г.) Ферментация метана энергетической биомассы: максимальная кинетика преобразования и очистка биогаза на месте. Биомасса и Биоэнергия, 5, 261-278.

Jewell W.J., Cummings R.J., and Richards В.К. (1993) Methane fermentation of energy crops: maximum conversion kinetics and in situ biogas purification. Biomass and Bioenergy 5, 261-278.

Ярвис А., Нордберг А., Ярлсвик Т., Матьесен Б. и Свенссон Б.Х. (1997 г.) Улучшение технологии производства биогаза из силоса клевера при добавлении кобальта. Биомасса и Биоэнергия, 12, 453-460.

Jarvis A., Nordberg A., Jarlsvik Т., Mathiesen В., and Svensson В.Н. (1997) Improvement of a grass-clover silage-fed biogas process by the addition of cobalt. Biomass and Bioenergy 12, 453-460.

Куч П.Дж., Кроссуайт У.М. (1998 г.) Схема сельскохозяйственного регулирования и производство биомассы. Биомасса и Биоэнергия, 14, 333-339.

Kuch Р.J., Crosswhite W.M. (1998) The agricultural regulatory framework and biomass production. Biomass and Bioenergy 14, 333-339.

Parsby M. Halm og energiafgr⊘der - analyser af okonomi, energi og miljo. Rapport Nr. 87, Statens Jordbrugs og Fiskeriokonomiske Institut.

Симс Р.Х.Е. (2001 г.) Биоэнергия - возобновляемый приемник углерода. Возобновляемая Энергия, 22, 31-37.

Sims R.H.E. (2001) Bioenergy - a renewable carbon sink. Renewable Energy 22, 31-37.

Виман С.Е. и Годман Б.Дж. (1993 г.) Биотехнология для производства топлива, химикатов и материалов из биомассы. Прикладная Биохимия и Биотехнология, 39, 41-59.

Wyman С.Е. and Goodman В.J. (1993) Biotechnology for production of fuels chemicals and materials from biomass. Applied Biochemistry and Biotechnology 39, 41-59.

Банкс С.Дж. и Хамфрейс П.Н. (1998 г.) Анаэробная очистка лигноцеллюлозного субстрата с буферным действием с малым естественным уровнем рН. Наука и технология воды. 38, 29-35;

Banks С.J. and Humphreys P.N. (1998) The anaerobic treatment of a ligno-cellulosic substrate offering little natural pH buffering capacity. Water Science and Technology 38, 29-35;

Коллеран Е., Уилкие А., Барри М., Фаерти Г., O'Келли Н. и Рейнольдс П.Дж. (1983 г.) Одно- и двухступенчатое анаэробное сбраживание на фильтрах отходов сельскохозяйственного производств. Третий международный симпозиум по анаэробному сбраживанию, стр.285-312, Бостон, США (1983 г.).

Colleran Е., Wilkie A., Barry М., Faherty G, O'kelly N. and Reynolds P.J. (1983) One and two stage anaerobic filter digestion of agricultural wastes. Third Int. Symp. on Anaerobic Digestion, pp.285-312, Boston MA (1983).

Дугба П.Н. и Жанг Р. (1999 г.) Обработка иловых осадков молочного производства с двухступенчатыми анаэробными системами реактора группового секвенирования - работа в термофильном или мезофильном режиме. Технология биоресурсов, 68, 225-233.

Dugba P.N., and Zhang R. (1999) Treatment of dairy wastewater with two-stage anaerobic sequencing batch reactor systems - thermopile versus mesopile operations. Bioresource Technology 68, 225-233.

Гош С., Омбергт Дж.П. и Пипин П. (1985 г.) Производство метана из промышленных отходов с помощью двухфазного сбраживания. Исследование воды, 19, 1083-1088.

Ghosh S., Ombregt J.P., and Pipyn P. (1985) Methane production from industrial wastes by two-phase digestion. Water Research 19, 1083-1088.

Хан У., Санг С. и Дагу P.P. (1997 г.) Температурно-этапное анаэробное сбраживание иловых осадков. Наука и технология воды, 36, 367-374.

Han Y., Sung S., and Dague R.R. (1997) Temperature-phased anaerobic digestion of wastewater sludge's. Water Science and Technology 36, 367-374.

Крылова Н.И., Хабибуллин Р.Е., Наумова Р.П., Нагель М.А. (1997 г.) Влияние аммиака и методы удаления помета домашней птицы во время анаэробной обработки. Журнал Химической Технологии и Биотехнологии, 70, 99-105.

Krylova N.I., Khabiboulline R.E., Naumova R.P. Nagel M.A. (1997) The influence of ammonium and methods for removal during the anaerobic treatment of poultry manure. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 70, 99-105.

Хансен К.Х., Ангелидаки И., Аринг Б.К. (1998 г.) Анаэробное сбраживание свиного навоза: ингибирование аммиаком. Исследование воды, 32, 5-12.

Hansen К.Н., Angelidaki I., Ahring В.К. (1998) Anaerobic digestion of swine manure: inhibition by ammonia. Water Research 32, 5-12.

Кайаниан М. (1994 г.) Характеристики процесса анаэробного сбраживания твердых частиц при различных концентрациях аммиака. Журнал химической технологии и биотехнологии, 59, 349-352.

Kayhanian M. (1994) Performance of high-solids anaerobic digestion process under various ammonia concentrations. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 59, 349-352.

Уанг К., Ногучи С.К., Кунинобу М., Хара У., Какимото К., Огава Х.И., и Kato Y. (1997) Влияние времени пребывания в воде на анаэробное сбраживание предварительно обработанных иловых осадков. Методы Биотехнологии, 11, 105-108.

Wang Q., Noguchi С.К., Kuninobu М., Hara Y., Kakimoto К., Ogawa H.I., and Kato Y. (1997) Influence of hydraulic retention time on anaerobic digestion of pre-treated sludge. Biotechnology Techniques 11, 105-108.

Системы утилизации туш животных и т.д.

Существующая система утилизации туш животных предусматривает регистрацию установок, которые имеют лицензию на обработку туш животных. Сначала из туш животных получали мясокостную кормовую муку, которая традиционно использовалась в качестве корма для животных.

Настоящий кризис коровьего бешенства прекратил эту практику в соответствии с решением Комиссии Европейского Сообщества, в котором говорилось о том, что мясокостную кормовую муку нельзя использовать в качестве корма для животных.

Скотоводство и связанный с ним бизнес в Европе столкнулись с выбором: найти альтернативный путь использования мясокостной кормовой муки или альтернативный способ удаления этой муки. Однако это - трудная задача из-за ограничений, накладываемых риском распространения прионов-BSE или других прионов, которые возможно присутствуют в муке или в частях туш животных.

Использование мясокостной кормовой муки или туш животного на обычных установках для получения биогаза конечно не желательно и возможно только отчасти. Обработка туш животных на установках, получивших лицензию на обработку таких животных, обычно выполняется при температурах около 130°С, давлении приблизительно 2-3 бара и с выдержкой 20 мин. Такие условия не используются на обычных установках для получения биогаза.

Ниже приводятся патенты и заявки на патенты, в которых описан предшествующей уровень техники.

В DE 3737747 описывается установка и способ для отделения азота. К навозу добавляют СаО, с помощью которого отделяется аммиак, при этом упомянутый аммиак поглощается водным раствором, содержащим соляную кислоту. В данном примере не описано множество аспектов данного изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 4201166 описывается способ параллельной обработки различных органических отходов, при этом отходы разделяются на три фракции, содержащие различные количества твердых компонентов. Перед ферментацией и получением биогаза твердые фракции гомогенизируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 4444032 описывается установка и способ, в соответствии с которыми иловые осадки перемешиваются в первом реакторе, аэрируются и с целью отделения аммиака к ним добавляется известь до получения уровня рН 9,5. Во втором реакторе с целью нейтрализации иловых осадков и осаждения твердой фракции добавляется соль, содержащая железо и полимер. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 196615063 описывается процесс, в соответствии с которым аммиак отделяется от сброженного навоза. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В ЕР 0286115 описывается способ получения биогаза, в соответствии с которым в навоз вводятся жирные кислоты или составы, содержащие жирные кислоты. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В EP 0351922 описывается установка и способ, в соответствии с которыми от жидкого навоза отделяется аммиак, диоксид углерода и фосфат углерода. От фермы навоз цистернами транспортируется на установку, где иловые осадки обрабатывают горячим воздухом, и при этом отделяется часть аммиака и диоксида углерода. Оставшуюся часть иловых осадков нагревают и добавляют известь до получения уровня рН 10-11, при этом отделяется аммиак и образуется фосфат кальция. Отделяемый аммиак поглощается кислым раствором с формированием соли аммония, которая сушится и используется как удобрение. Для отделения твердой фракции от иловых осадков используется декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В ES 2100123 описывается установка и способ, в соответствии с которыми очищается жидкий навоз. Органические компоненты разлагаются и осажденная твердая фракция удаляется декантирующим центрифугированием. В жидкость добавляется кислота и она вносится в землю или проходит еще один этап очищения аэрированием и отделением аммиака. Очищенная жидкость направляется на водоочистительную установку. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, на раннем этапе отводится аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В FR 2576741 описывается процесс получения биогаза путем ферментации жидкого навоза. Иловые осадки обрабатываются известью, и получаемый осадок удаляется. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В GB 2013170 описывается установка и способ получения биогаза. В первом реакторе органический материал подкисляется, и удаляется твердая фракция. Жидкая фракция отводится во второй реактор, в котором происходит анаэробное сбраживание с получением газа метана. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, удаляется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 19644613 описывается способ получения твердых удобрений из навоза. В жидкий навоз вместе с СаО или Са(ОН)₂ добавляется субстрат от производства биогаза. Отделенный аммиак собирается. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 19828889 описывается совместная ферментация биомассы после сбора урожая и органических отходов с получением биогаза. Материал гомогенизируется и ферментируется. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4041182 описывается способ производства кормов для животных из органических отходов. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4100023 описывается установка и процесс для получения газа метана и удобрений. В первом реакторе происходит аэробное сбраживание гомогенизированного материала. Во втором реакторе, который нагрет, происходит анаэробное сбраживание и получение биогаза. Удобрения получают в жидком виде. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4329428 описывается установка для анаэробного сбраживания, в частности, материала из различных зеленых растений и использование полученного биогаза. В установке применяется разложение, вызываемое термофильными или мезофильными анаэробными бактериями. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, отделяется аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4579654 описывается установка и процесс для получения биогаза из органических материалов. Твердые материалы проходят гидролиз, подкисляются и ферментируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4668250 описываются процесс, в соответствии с которым с помощью аэрации от жидкости отделяется аммиак. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4750454 описывается установка для анаэробного сбраживания навоза животных и использования биогаза, полученного в данном процессе. В установке применяется разложение, вызываемое термофильными или мезофильными анаэробными бактериями и используется местный газовый двигатель, оборудованный электрогенератором. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, отделяется аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5071559 описывается способ обработки навоза. В навоз добавляется вода и смесь подкисляется. Жидкость выпаривается, затем снова конденсируется в другом реакторе и проходит анаэробную обработку с получением биогаза. Сброженная жидкость фракционируется и затем подвергается анаэробной обработке. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5296147 описывается процесс обработки навоза и другие органические компоненты. Органические отходы проходят ферментацию, а затем нитрифицируются и денитрифицируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита, формирование и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US5389258 описывается способ получения биогаза от полутвердых и твердых органических отходов. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5494587 описывается процесс каталитической обработки навоза с уменьшением концентрации азота. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5525229 описывается общая процедура анаэробного сбраживания органических веществ в термофильных и мезофильных условиях.

В US 5593590 описывается разделение и обработка жидких и твердых органических отходов после разделения этих двух фракций. Жидкая фракция проходит ферментацию с получением биогаза, после чего следует удаление компонентов осажденной твердой фракции, которые частично циркулируют в процессе. Твердую фракцию обрабатывают с помощью аэробного процесса и получают компост, удобрения или корма для животных. Часть полученного биогаза, содержащего метан и СО₂, используется повторно для снижения уровня рН жидкой фракции при поглощении CO₂. Из жидких фракций осаждением выделяется твердая фракция, например, с помощью декантирующей центрифуги и аммиак отделяется от жидкости при рН 9-10. Сбросная вода может использоваться для чистки стойл. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5616163 описывается способ обработки навоза, азот из которого используется в производстве удобрений. В жидкий навоз добавляется СО₂ и/или CaSO₄, с помощью которых отделяется аммиак. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5656059 описывается способ обработки навоза, азот из которого с помощью нитрификации используется в производстве удобрений. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5670047 описывается общая процедура анаэробного разложения органических подложек с получением газа.

В US 5681481, US 5783073 и US 5851404 описывается процесс и устройство стабилизации иловых осадков. Для получения уровня рН≥12 добавляются известь и масса нагревается не менее чем до 50°С в течение 12 часов. Отделяется аммиак и либо выбрасывается в атмосферу, либо рециркулирует в системе. В схеме может использоваться камера предварительного нагрева, этап декантирующего центрифугирования, а также этап смешивания иловых осадков, чтобы поддерживать их в жидком состоянии. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5746919 описывается процесс, в соответствии с которьми органические отходы обрабатываются в термофильном анаэробном реакторе, а затем в мезофильном анаэробном реакторе. В обоих реакторах получают газ - метан. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отводится аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5773526 описывается процесс, в соответствии с которым сначала жидкие и твердые органические отходы проходят ферментацию в мезофильном режиме, а затем в термофильном режиме. Твердые компоненты гидролизуются и окисляются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза аммиак отделяется, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5782950 описывается ферментация биологических отходов с помощью гомогенизации, аэрирования и нагрева массы. Отходы проходят фракционирование с переводом в жидкую и твердую фракции. Твердые фракции переводятся в компост. Жидкие фракции проходят ферментацию в анаэробном мезофильном и термофильном режимах с получением биогаза. Сбросная вода рециркулирует между реактором для производства биогаза и этапом гомогенизации. Сбросная вода на выходе реактора для производства биогаза обрабатывается на установке осветления. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5853450 описывается способ получения пастеризованного компоста из органических отходов и зеленых растительных материалов. Уровень рН органики увеличен до 12 и температура поднимается до 55°С. После введения зеленого растительного материала уровень рН понижается до 7-9,5. Смесь проходит ферментацию. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5863434 описывается способ стабилизации органических отходов путем разложения с использованием психрофильного анаэробного режима. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 6071418 описывается способ и система для обработки навоза с помощью озона путем создания аэробных и анаэробных зон внутри материала. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 6171499 описывается усовершенствованный способ ферментации бытовых и промышленных отходов. Отходы сбраживаются в анаэробном процессе с получением биогаза, который используется в газовой турбине вместе с природным газом. Сброженный материал обезвоживается, и иловые осадки отправляются на мусоросжигательный завод. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 8400038 описывается производство биогаза и дегазированных и стабилизированных удобрений. Во внутреннем реакторе происходит термофильное разложение, а во внешнем реакторе - мезофильное. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед получением биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 8900548 описывается использование ионов Са и ионов Mg в процессе получения биогаза. Ионы металла подавляют пенообразование. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 9102582 описывается установка и способ производства газа и предотвращения распространения вредных соединений в окружающую среду путем мокрой газоочистки. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 9942423 описывается способ и установка для получения биогаза. Волокна и частицы навоза компостируются, и жидкая фракция ферментируется в анаэробном режиме и от нее отделяется азот. Соли фосфора и калия используются для получения удобрений обратным осмосом. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед получением биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.iqb.fhg.de/Uwbio/en/Manure.en.html описывается процесс получения биогаза из навоза. Твердая фракция дегазированного навоза используется для получения компоста. Из жидкой фракции отбирается азот, который используется в качестве удобрения. Для отделения твердых компонентов из смеси может применяться декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте http://riera.ceeeta.pt/images/iikbio mass.htm описывается получение биогаза методом анаэробного разложения. В данной системе может использоваться декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.biogas.ch/f+e/memen.htm описываются возможности уменьшения смеси из твердых компонентов. Рассматривается вращающийся дисковый реактор, пленочный реактор, ультрафильтрация и обратный осмос. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.biogas.ch/f+e/grasbasi.htm описывается анаэробное разложение биомассы силоса и навоза с производством биогаза. Описаны два процесса: 1) биомасса силоса режется на части размером 1-3 см и направляется в жидкую фракцию, содержащую навоз. Смесь проходит ферментацию при 35°С; 2) сухая ферментация навоза и биомассы силоса без использования жидкости. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделение аммиака перед производством биогаза, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.biogas.ch/f+e/2stede.htm описывается производство биогаза. Во вращающемся барабанном решете выполняются гидролиз и подкисление органических отходов, жидкая фракция которых направляются на аэробное разложение с получением биогаза. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении показан новый способ утилизации энергетической биомассы, а именно анаэробное сбраживание навоза животных на установках для получения биогаза на фермах. Процесс также включает отделение иловых осадков, то есть переработку питательных веществ навоза животных.

Изобретение может также использоваться для сбраживания туш животных, мясокостной кормовой муки и т.д. совместно с навозом/энергетической биомассой, что позволяет удалять туши животных и т.п., одновременно упрощая производство удобрений из отходов животноводства и сельскохозяйственных культур, навоза и т.п.

Технология позволяет использовать кормовые культуры годового оборота типа свеклы, кукурузы или клевера, содержание сухого вещества на 1 гектар у которых выше, чем у зерновых злаков. Фуражные культуры также могут использоваться как "кормовые культуры" и в севооборотах. В настоящем изобретении показаны возможности использования бросовых земель для выращивания энергетической биомассы.

В центре внимания лежит идея о том, что биогаз в будущем будет конкурентоспособным по сравнению с природным газом и, таким образом, будет привлекательным с коммерческой точки зрения и его производство не будет требовать субсидий. Существует также мнение о том, что производство энергии в Дании должно покрывать значительную часть энергозатрат, т.е. оно должно быть на том же уровне, что и потребление природного газа (около 150 ПДж в год). Кроме того, очевидны выгоды с точки зрения охраны окружающей среды, условий содержания животных и безопасности пищевых продуктов.

Оценка Парсби потенциального производства энергии от использования энергетической биомассы, в частности зерновых злаков, составила 50-80 ПДж в год. В краткосрочной перспективе для этого потребуется около 150000 га земли, а в долгосрочной перспективе около 300000 га. Однако из расчета содержания сухого вещества, равного 15 тоннам на 1 га свеклы, включая ботву, которые необходимо сбраживать в установках по производству биогаза, потенциальное производство энергии составит приблизительно 100 ПДж в год. Сюда следует добавить энергию, получаемую от сбраживания навоза (приблизительно 25 ПДж). При использовании новых сортов свеклы выход сухого вещества может существенно превысить существующие уровни, то есть составить 25 тонн на гектар.

Суть изобретения состоит в сочетании процессов, что позволяет увеличить производство биогаза, отделить аммиак и в дальнейшем использовать и обрабатывать остатки брожения и отделения аммиака (сбросная вода).

Изобретение характерно тем, что в нем простые и надежные технологии могут объединяться с центральной идеей изобретения. Получена простая и надежная энергетическая установка с энергетическими и экономическими характеристиками, значительно превышающими таковые обычных установок. Энергетическая установка интегрируется в систему управления животноводческого комплекса и сельскохозяйственных угодий. Отсюда следует, что изобретение состоит из множества аспектов.

В соответствии с первым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно противодействовать инфекциям и распространению микробных и паразитарных болезнетворных организмов, представляющих опасность для животных, типа Campylobacter, Salmonella, Yersinia, Ascaris, а также других микробных и паразитарных организмов по воздуху и на сельскохозяйственные угодья. Таким образом, снижается, если не исключается совсем, угроза инфицирования людей.

В соответствии со вторым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно снизить количество BSE-прионов, содержащихся в навозе, фураже, отходах скотобойни, мясокостной кормовой муке и т.д. Это достигается сочетанием предварительной обработки и сбраживания. Частично этот аспект настоящего изобретения дает возможность обработки туш животных, отходов скотобойни и т.д., обеспечивая при этом использование питательных веществ, содержащихся в тушах животных в качестве удобрений. Уменьшение количества BSE-прионов, содержащихся в тушах животных, мясокостной кормовой муке и т.д., а также в навозе, фураже, отходах скотобойни и т.д. и/или исключение их совсем при использовании процесса по настоящему изобретению является необходимым условием обработки отходов. В соответствии с настоящим изобретением это достигается сочетанием предварительной обработки и сбраживания. Эта процедура альтернативна существующей процедуре (однако, теперь она запрещена комиссией ЕС) обработки туш животных на центральных установках и получения различной продукции типа мясокостной кормовой муки, которая используется главным образом в качестве корма.

В соответствии с третьим предпочтительным аспектом настоящего изобретения из навоза животных можно выделять азот и фосфор и перерабатывать эти питательные вещества в удобрения коммерческого качества.

В соответствии с четвертым предпочтительным аспектом настоящего изобретения биогаз можно получать в большом количестве от использования широкого спектра органических веществ, включая все типы навоза, энергетической биомассы, остатки биомассы и другие органические отходы.

В соответствии с пятым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно обеспечить оптимальные условия содержания животных в скотных дворах при одновременном снижении выброса пыли и газов типа аммиака. Это достигается промывкой скотных дворов с использованием сбросной воды или ее рециркуляцией.

В соответствии с шестым предпочтительным аспектом настоящего изобретения предлагается извлечь выгоду из всего диапазона преимуществ, связанных с различными аспектами изобретения.

В соответствии с другими предпочтительными аспектами настоящего изобретения предпочтительной является любая комбинация центральной идеи изобретения с любым одним аспектом или большим числом аспектов.

На фиг.1 изображен предпочтительный вариант настоящего изобретения. В этом варианте навоз (помет), предпочтительно в жидком виде, полученный на скотном дворе или в стойле (1) для выращивания животных, включая таких домашних животных, как свиньи, рогатый скот, лошади, козы, овцы, и/или домашней птицы, включая цыплят, индюшек, уток, гусей, и т.п., подается либо в один, либо в оба резервуара предварительной обработки - первый (2) и/или второй (3).

Принцип работы состоит в том, что навоз, предпочтительно в жидком виде, включая, в соответствии с одним из вариантов, воду типа сбросной воды, используемую для чистки скотных дворов или стойла, подается в первый резервуар предварительной обработки, включающий резервуар отделения аммиака, где аммиак отделяется посредством введения в резервуар отделения аммиака, например, СаО и/или Са(ОН)₂. Однако СаО и/или Са(ОН)₂ может вводиться в жидкий навоз до подачи жидкого навоза в первый резервуар предварительной обработки или резервуар отделения аммиака.

Одновременно с введением СаО и/или Са(ОН)₂ или на более поздней стадии в резервуаре предварительной обработки, включающем резервуар отделения аммиака, выполняется отделение аммиака и/или происходит нагрев, и отделяемый азот или аммиак предпочтительно перед отправкой на хранение отводится в отдельный резервуар (11). Перед отправкой в отдельный резервуар на хранение отделяемый аммиак, включающий азот, предпочтительно переводится в колонну резервуара отделения аммиака в первом резервуаре предварительной обработки.

Перед отправкой в первый резервуар предварительной обработки (2), включающий резервуар отделения аммиака, как описано выше, органические материалы, которые плохо сбраживаются микробными организмами во время анаэробного сбраживания, желательно обрабатывать во втором резервуаре предварительной обработки (3). Такие органические материалы обычно содержат значительные количества, например, клетчатки и/или гемицеллюлозы и/или лигнина, например больше 50% в массовом отношении клетчатки, и/или гемицеллюлозы, и/или лигнина, в сухой массе органического материала типа соломы, зерновых культур, включая зерно, отходы биомассы и другие твердые, органические материалы. Аммиак, включающий азот, впоследствии отделяется от предварительно обработанного органического материала.

Как в первом, так и во втором резервуаре предварительной обработки иловый осадок подвергается термическому и щелочному гидролизу. Однако во втором резервуаре предварительной обработки, который в связи с этим разработан в виде замкнутой системы, способной поддерживать высокое давление, температура и/или давление значительно выше.

Наконец, как описано выше, иловый осадок, прошедший предварительную обработку предпочтительно подается хотя бы в один термофильный реактор (6) и/или хотя бы в один мезофильный реактор для получения биогаза (6). В реакторах иловый осадок проходит анаэробное сбраживание и одновременно производится биогаз, то есть газ, состоящий, главным образом, из метана, который может содержать небольшую долю диоксида углерода. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения реактор (реакторы) для получения биогаза составляет часть энергетической установки по производству энергии из субстрата из органического материала.

Биогаз может направляться в газовый двигатель, а энергия, произведенная этим двигателем, может использоваться для нагрева резервуара отделения аммиака. Однако биогаз может также направляться в коммерческий газопровод биогаза, снабжающий бытовых и промышленных потребителей.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения остатки анаэробного брожения, все еще в жидком виде, включающие твердую и жидкую фракции, направляются хотя бы в декантирующую центрифугу (7) для разделения на твердую и жидкую фракции. Одним из результатов этого разделения является, по крайней мере, полутвердая фракция, состоящая почти исключительно из Р (фосфора); состоящая, например, более чем на 50% в массовом отношении из фосфора (12). На этом же этапе (7), или на другом этапе разделения с помощью декантирующей центрифуги (8) хотя бы одна полутвердая фракция состоит почти исключительно из калия (К), состоит, например, более чем на 50% в массовом отношении из калия (13). Эти фракции, предпочтительно в гранулированном виде, полученные после этапа сушки, включая сушку распылением или сушку илового осадка, предпочтительно содержат Р и/или К коммерчески допустимой чистоты, готовые к употреблению в качестве удобрений (10), имеющих коммерческое значение. Такими удобрениями могут обрабатываться сельскохозяйственные культуры или угодья. Жидкие фракции (9), получаемые на выходе этапа разделения фракций с использованием декантирующей центрифуги, типа сбросной воды также могут вноситься в сельскохозяйственные земли, отправляться назад на скотные дворы или в стойла или в систему очистки иловых осадков.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения в первый резервуар предварительной обработки может подаваться органический материал из резервуаров силосования (4), содержащих сбраживаемые органические материалы. Подача таких органических материалов в первый резервуар предварительной обработки может включить этап анаэробного брожения, который осуществляется, например, в резервуаре термофильного брожения, в котором происходит удаление газов из силоса. Кроме того, солома и, например, отходы биомассы, остающиеся на полях после уборки урожая (5), также могут направляться в стойла или на скотные дворы, а затем в первый и/или второй резервуар предварительной обработки.

На фиг.2 показан вариант осуществления настоящего изобретения по фиг.1 с той лишь разницей, что после этапа декантирующего центрифугирования отбирается только фосфор (Р), а вода в виде сбросной воды, собирается в отдельном резервуаре для прохождения дальнейшей очистки, включая последующее удаление азота, удаление запахов и большей части остающейся твердой фракции. Это может быть выполнено, например, путем аэробного брожения. На этой стадии от жидкости может также отделяться калий (К).

На фиг.3 показан вариант осуществления настоящего изобретения, включающий упрощенное решение системы производства биогаза и отделения иловых осадков. В этом варианте не используется бродильный аппарат для получения биогаза, и твердая фракция с этапа предварительной обработки в резервуарах предварительной обработки (2) и/или (3) проходит разделение с помощью этапа (этапов) разделения с применением декантирующей центрифуги (4 и 5), после чего происходит отделение аммиака, включающего азот, и его сбор в отдельном резервуаре (8). При этом получаются отдельные и, по крайней мере, полутвердые фракции, включающие Р и К (9 и 10).

На фиг.4 показан вариант осуществления настоящего изобретения, в соответствии с которым после разделения с использованием декантирующей центрифуги калий не отделяется, как это описано в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на фиг.3. Возможно, однако, отделение калия (К) от сбросной воды на другом этапе.

На фиг.5 и 6 изображен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Подробно описаны отдельные элементы системы.

Ниже подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Ниже рассмотрены различные отличительные особенности настоящего изобретения.

Первый аспект (обеззараживание)

Первый аспект включает систему, состоящую из первого устройства, скотного двора или стойла для выращивания животных, включая домашних животных типа свиней и рогатого скота, и/или второго устройства, главным образом для отделения аммиака и предварительной обработки субстрата, и/или третьего устройства, главным образом, энергетической установки для усовершенствованного производства энергии из субстрата.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения система может состоять из скотного двора и резервуара отделения аммиака и реактора для получения биогаза. К числу дополнительных элементов можно отнести устройство для ввода в иловый осадок СаО или Ca(OH)₂, абсорбционную колонну, которая работает, например, на основе серной кислоты, резервуар-хранилище концентрата аммиака и резервуар-хранилище сбраживаемого илового осадка.

Полученный биогаз можно по желанию использовать для производства электричества и тепла в газовом двигателе и генераторе, электрический ток продается электросети, а тепло используется, например, для нагрева илового осадка и/или обогрева скотных дворов. Энергетическая установка по настоящему изобретению имеет выдающиеся характеристики в терминах производства энергии на единицу субстрата, обработанного на установке. Выдающиеся характеристики достигаются сочетанием предварительной обработки сбраживаемого субстрата, будь то навоз или другой органический субстрат, с отделением аммиака от субстрата перед анаэробным сбраживанием.

Ниже подробно описаны преимущества, связанные с настоящим изобретением. Одним из центральных аспектов настоящего изобретения является аспект предварительной обработки, включающий не связанные между собой, или связанные между собой, отдельные этапы предварительной обработки, подробно описанные ниже.

Предварительная обработка илового осадка после удаления из скотных дворов может включать любой один или большее число следующих этапов: 1) отделение аммиака, 2) гидролиз органического вещества, 3) обеззараживание илового осадка, 4) уменьшение пенообразования, 5) флокуляция, 6) осаждение фосфора (Р) и 7) предотвращение образования струверата.

Принцип работы состоит в том, что иловый осадок направляется с выхода первого устройства в резервуар отделения аммиака, где при введении СаО или Са(ОН)₂ отделяется аммиак, вырабатывается тепло и перед отправкой на хранение аммиак направляется в абсорбционную колонну. Одновременно иловый осадок проходит термический и щелочной гидролиз, предпочтительно, при этом используется автоклав с известью. Наконец предварительно обработанный иловый осадок направляется в третье устройство, состоящее из одного или двух термофильных/мезофильных реакторов для получения биогаза, где иловый осадок анаэробно сбраживается с получением биогаза, то есть газа, состоящего, главным образом, из метана с небольшой долей диоксида углерода. Биогаз направляется в газовый двигатель, а тепло от этого двигателя, используется для нагрева резервуара отделения аммиака. Полученный электрический ток продается электросети.

Как солома, так, возможно, и древесные опилки составляют значительную долю отходов содержания рогатого скота и домашней птицы, при этом возникает необходимость в предварительной обработке этого навоза перед оптимальным использованием его в качестве субстрата для производства метана на установках для получения биогаза. В этом отношении тепловая обработка в извести под давлением является предпочтительным способом предварительной обработки. Отходы животноводства, обработанные по этой технологии могут, таким образом, более эффективно обеспечить производство метана с повышенным выходом биогаза. Кроме того, обеспечивается распад мочевой кислоты и мочевины с получением аммиака, и растворение белков и других веществ. При этом в процессе отделения аммиака обеспечивается возможность перевода неорганического азота из отходов животноводства в концентрированный азот.

Таким образом, повышается возможность использования азота из животноводческих отходов и помета птиц на сельскохозяйственных угодьях. По оценкам, в случае навоза, обработанного на установках разделения биогаза и иловых осадков по настоящему изобретению, потенциальная эффективность использования азота может быть увеличена приблизительно до 90%.

В другом случае перед обработкой в резервуаре отделения аммиака птичий помет может сбраживаться в первом термофильном или мезофильном реакторе. Это зависит от качества навоза и от того до какого уровня разлагается мочевая кислота в процессе двух различных видов обработки. Это можно будет выяснить после опыта, полученного в результате эксплуатации этой установки в течение некоторого времени. Важно подчеркнуть универсальность установки, способной обрабатывать все виды навоза и энергетической биомассы.

Установка устроена относительно просто, потому что винтовой конвейер, оборудованный дробилкой и изготовленный из коррозионно- и кислотостойкой стали, транспортирует биомассу в автоклав с известью, где эта биомасса нагревается впрыском пара до 180-200°С. В течение 5-10 минут, необходимых для обработки биомассы, давление повышается до 10-16 бар.

В аппарате, который будет создан, будет повышенная температура и давление, при этом температура будет меняться в интервале от 100 до 200°С. Тем самым будет обеспечена возможность регулировки параметров обработки в зависимости от вида обрабатываемой биомассы, сбраживаемой в установке по настоящему изобретению, при выборе вариантов использования энергии, получения дегтя и технических параметров.

Пенообразование представляет общую проблему на установках для получения биогаза. В соответствии с одним предпочтительным вариантом регулирования пенообразования на установках для получения биогаза по настоящему изобретению, в особенности при подаче больших количеств биомассы, например энергетической биомассы, добавляется рапсовое масло, которое, помимо влияния на пенообразование, является также субстратом для получения газа метана. Ионы кальция также очень эффективны при контроле за пенообразованием. Помимо влияния, оказываемого Са(ОН)₂ и/или СаО, о чем упоминалось ранее, введение Са(ОН)₂ и/или СаО является одним из предпочтительных вариантов контроля за пенообразованием. Очевидно, что введение в иловый осадок ионов кальция стимулирует образование хлопьев и прилипание бактерий к органическим частицам и, таким образом, улучшает характеристики анаэробного сбраживания.

Соответственно, при необходимости осуществления дополнительного контроля за пенообразованием и/или флокуляцией из-за очень большого газообразования в бродильные аппараты непосредственно может подаваться Са и/или рапсовое масло. Ввод Са(ОН)₂ или СаО будет также обеспечивать осаждение таких бикарбонатов, как СаСО₂. Это приводит к снижению концентрации СО₂ в растворе и в газовой фракции и вносит свой вклад в сокращение пенообразования в результате снижения выделений диоксида углерода.

Ввод Са(ОН)₂ или СаО в связи с отделением аммиака и обеззараживанием илового осадка приводит также к осаждению ортофосфата, то есть находящегося в растворе. Эти частицы фосфора могут находиться в иловом осадке в виде взвеси так же, как и другие хлопья. Использование Са также приводит к ограниченному сокращению химической потребности в кислороде, что означает, что Са осаждает другие соли, а не только ортофосфат.

Очевидно, что независимо от химического состава разных органических отходов простая термическая обработка, в частности термическая обработка в сочетании с щелочным гидролизом, приводит к увеличению выхода газа. Кроме того, сочетание высоких температур и большого уровня рН во время предварительной обработки приводит к более эффективному обеззараживанию органического материала по сравнению с обработкой, в которой используется только анаэробное сбраживание, будь то термофильное или мезофильное сбраживание.

Следует отметить, что в государственном приказе № 823 Датского Министерства Окружающей Среды и Энергии, отмечено, что управляемое обеззараживание должно проводиться в течение 1 часа при 70°С. В этой связи очевидно, что перед тем, как будут последовательно осуществлены два анаэробных сбраживания (термофильные или мезофильные), в результате которых будут полностью уничтожены все известные болезнетворные микроорганизмы животных и/или человека, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения необходимо провести обработку в течение одной недели при 70°С. Предпочтительно также полностью удалить BSE-прионы или хотя бы существенно снизить их количество.

Главный результат заключается в том, что все инфекционные организмы, содержащиеся в иловом осадке, уничтожаются, и поэтому при внесении удобрения в землю не распространяются в окружающую среду. Это также позволяет использовать сброженные иловые осадки для промывки первого устройства (скотных дворов) и поддерживать в свинарниках чистоту. Таким образом предотвращается перекрестное распространение инфекций среди животных. Это также позволяет использовать воду для мытья животных и свинарников, осуществлять вытяжку воздуха и т.д., предотвращая распространение запаха, пыли и возбудителей инфекции. Это возможно, потому что иловый осадок с добавленной к нему водой не нужно сохранять до того момента, когда его можно будет использовать для внесения в землю. Иловый осадок, не содержащий азот, можно использовать для внесения в землю в течение всего года.

Однако в соответствии с первым аспектом используется предварительная обработка и таким образом стерилизация илового осадка, что является предпочтительным в случае его использования для последующего внесения в сельскохозяйственные земли.

Ясно, что настоящее изобретение касается ряда различных аспектов, каждый из которых сам по себе или в сочетании с другими аспектами составляет патентоспособные изобретения. Приведенный ниже раздел содержит описание различных индивидуальных частей (элементов) одного аспекта настоящего изобретения. На фиг.5 и 6 показаны эти элементы.

Следует понимать, что выбранные элементы могут составлять основу других аспектов настоящего изобретения. Изобретение никоим образом не ограничивается сочетанием элементов, приведенных ниже. Из описания будет ясна связь аспектов изобретения с определенными элементами, описанными ниже. К числу примеров таких аспектов, которыми, однако, не ограничивается область применения настоящего изобретения, относятся устройства для концентрирования азота (N), и/или фосфора (Р), и/или калия (К); производство энергии на основе элементов резервуара отделения аммиака, автоклава с известью и бродильного аппарата; и обработка сбросной воды для обеспечения условий содержания животных.

Следует также понимать, что приведенные ниже аспекты, относящиеся, помимо всего прочего, к аспекту обеззараживания, не обязательно должны включать все приведенные ниже элементы. Следует также понимать, что аспекты, связанные с обеззараживанием, включают сочетание только некоторых из описанных ниже элементов.

Скотные дворы

Скотные дворы (элемент №1) обеспечивают оптимальную безопасность пищевых продуктов и качество продовольствия, оптимальные условия содержания животных и условия работы для персонала, оптимальное обращение с иловыми осадками, обрабатываемыми на установке производства энергии из биомассы и сокращение до минимума выбросов во внешнюю среду (аммиака, пыли, запаха, метана, оксида азота и других газов).

Система может состоять из одной постройки или большего числа построек общим количеством 10 секций, предназначенных для производства 250 единиц домашнего скота ежегодно. В каждой секции размещается, например, 640 поросят (массой по 7-30 кг) или 320 откормленных на убой свиней (массой по 30-98 кг).

Ожидается, что количество ежегодно производимых иловых осадков может составить приблизительно 10000 м³. В дополнение к этому объему через постройки может пройти от 5000 до 10000 м³ технической воды. Система зданий должна удовлетворять следующим основным условиям.

1) Система двух климатических режимов: предпочтительно, чтобы свинарники были спроектированы как двуклиматические системы. Задняя часть свинарников должна быть оборудована регулируемой кровлей, обеспечивающей свиньям возможность выбирать между относительно теплой средой под кровлей и относительно холодной средой в остальной части свинарника. Разность температур должна быть в диапазоне 5-10°С.

Когда поросята вырастут приблизительно до 30 кг, кровля должна обеспечить более холодные температуры в скотном дворе в целом. Свиньи могут согреваться под кровлей. В более холодные периоды, сопровождающиеся более низкими температурами, можно усилить вентиляцию.

2) Размещение: свиньям предпочтительно давать солому из автомата. Это стимулирует поведение рысканья и рытья, потому что они должны забирать солому из автомата. Солома является также источником энергии для энергетической установки.

3) Обогрев: желательно, чтобы тепло от энергетической установки подавалось на скотные дворы. Тепло может подаваться по двум отдельным циркуляционным системам. Одна из них расположена под кровлей и создает нагрев до 30-35°С, что обеспечивает свиней комфортным микроклиматом, сушит пол и снижает рост бактерий на полу. Вторая система подает тепло во все воздушное пространство скотного двора по трубам, расположенным в стенах скотного двора. Вторая система циркуляции связана с системой управления вентиляцией.

4) Душ: душ желательно устанавливать над решеткой, которая занимает ¹/₄ площади пола. Это стимулирует свиней испражняться на решетке, а не на твердом полу. Душевая вода смывает навоз в каналы, предотвращая зловоние, потери аммиака и т.д. Чистые твердые полы значительно снижают возможность инфицирования болезнетворными организмами навоза типа Salmonella, Lavsonia и т.д.

5) Смывка: несколько раз в день каналы навоза промываются. Это обеспечено промывкой каналов технической водой из энергетической установки. Навоз через клапан направляется в центральный канал.

6) Конструкция канала: площадь навоза уменьшается путем использования V-образных каналов и одновременно оптимальной промывкой каналов. Это важно для сокращения выбросов со скотных дворов.

7) Вентиляция: вентиляция разработана так, чтобы 20% воздуха при максимальной производительности отводилось вниз под и через решетку, в центральный вентиляционный короб, между двойными V-каналами. На протяжении 60-80% года производительность вентиляции составляет 20% максимальной.

8) Кормление: корм подается оборудованием влажного кормления, которое подает корм ad libitum (по желанию).

Резервуар сбора иловых осадков

Резервуар сбора иловых осадков (элемент № 2) обеспечивает ежедневный сбор иловых осадков из промывочной установки скотных дворов и работает как накопительный резервуар перед перекачкой отходов в главный приемный резервуар. Иловые осадки поступают в сборный резервуар под действием силы тяжести. Объем сборного резервуара может составлять, например, 50 м³. Резервуар может быть сделан из бетона и размещаться под полом скотных дворов так, чтобы иловые осадки могли направляться в сборный резервуар под действием силы тяжести.

Главный приемный резервуар

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения иловый осадок из сборного резервуара перекачивается в главный приемный резервуар (элемент № 3). Дополнительно из других ферм/установок в главный приемный резервуар могут направляться другие типы жидкого навоза/отходов. В качестве вариантов отходов могут использоваться иловые осадки, образующиеся при разведении норки, рогатого скота, черная патока, отходы винного производства, силос и т.д. Эти отходы транспортируется к приемному резервуару грузовиком и загружаются непосредственно в этот резервуар. Объем/вместимость такого резервуара может быть приблизительно 1000 м³. Желательно, чтобы уровень в резервуаре отделения аммиака поддерживался с помощью насоса, который перекачивает иловые осадки из приемного резервуара. Подача регулируется вручную или автоматически. Максимальная вместимость подбирается исходя из обстоятельств.

Ввод СаО

При перекачке иловых осадков из приемного резервуара 1 в резервуар отделения аммиака к жидким отходам для повышения уровня рН добавляется известь. Коллектор подачи извести подает 30-60 г СаО на 1 кг TS. Предпочтительно, чтобы известь была в виде порошка, который можно засыпать в бункер с грузовика. Объем/вместимость бункера может составлять, например, приблизительно 50-75 м³. Доза 30-60 г/кг TS соответствует приблизительно 6-12 кг СаО в час при подаче иловых осадков 3,5 м³/ч и при 6% TS.

При подаче непосредственно в иловые осадки (6% TS) доза извести составляет приблизительно 60 г/кг TS (приблизительно 8,8 кг СаО в час). Однако желательно добавлять известь непосредственно в установку щелочной стерилизации под давлением и гидролиза. Если известь добавляется непосредственно в эту установку (TS Э-среды поддерживается на уровне 20-70%), доза извести составляет приблизительно 30-60 г/кг TS. 60 г/кг сухого вещества составляют приблизительно 342 кг СаО на загрузку, в то время как 30 г/кг сухого вещества составляют приблизительно 171 кг СаО на загрузку.

Весы

Э-среда (органический материал, содержащий энергию) должна взвешиваться на весах (элемент № 5). Желательно, чтобы поставщики оговаривали тип среды, которая поставляется на установку, например подстилка, биомасса различных видов и т.д.

На пульте управления в соответствии с типом Э-среды выбирается задание. Данные поставщиков, масса полученной Э-среды и характеристики среды регистрируются.

Таким образом, для каждой Э-среды определяется (см. щелочной гидролиз):

- энергетический потенциал;

- необходимое время нагрева;

- необходимое время выдержки.

Приемная станция для подстилки животноводческих ферм и энергетической биомассы,

Приемная станция (элемент № 6) получает подстилку животноводческих ферм, например ферм домашней птицы или других животных, а также энергетическую биомассу. Желательно в качестве приемной станции использовать большой бункер, в днище которого устанавливаются несколько винтовых конвейеров. Грузовики вываливают Э-среду непосредственно в бункер. Объем/вместимость бункера выбирается по обстоятельствам в зависимости от ежегодного объема Э-среды (приблизительно 51,5% TS), который может составить, например, приблизительно 9800 тонн. Объем бункера может быть от нескольких кубических метров приблизительно до 100 м³ и соответствовать трехдневной загрузке (65 ч). Желательно изготавливать такой бункер из бетона/стали.

Бункер для энергетической биомассы

Бункер для энергетической биомассы (элемент № 7) служит хранилищем энергетической биомассы. Желательно сохранять биомассу в виде силоса. Объем/вместимость бункера может составлять приблизительно 5000-10000 м³. Бункер может быть выполнен в виде закрытой камеры, сок силоса из которой собирается и перекачивается в приемный резервуар.

Система транспортировки и гомогенизации подстилки животноводчестких ферм и энергетической биомассы

Желательно, чтобы система транспортировки и гомогенизации (элемент №8) подстилки животноводчестких ферм и энергетической биомассы получала Э-среду от винтовых конвейеров, расположенных в днище приемной станции. Э-среда может подаваться дополнительными винтовыми конвейерами к автоклавам и желательно при этом, чтобы она одновременно измельчалась встроенной дробилкой. Объем/производительность системы выбирается в зависимости от обстоятельств и может составлять 1,5 м³ Э-среды в час или 8200 т Э-среды в год. Желательно, чтобы производительность системы транспортировки и гомогенизации составляла приблизительно не меньше 30 м³/час. Поступление Э-среды контролируется по трем основным параметрам: по объему, удельной массе и времени. По этим параметрам определяются объем в единицу времени, время и общий объем и масса.

Установка щелочной стерилизации под давлением и гидролиза

Установка щелочной стерилизации под давлением и гидролиза (элемент № 9) служит двум главным целям: во-первых, удалению болезнетворных микроорганизмов из Э-среды, особенно из подстилки домашней птицы или других животных и, во-вторых, одновременно гидролизу структурных компонентов подстилки, что дает возможность обеспечить микробное разложение в бродильных аппаратах.

Желательно также, чтобы установка удаляла BSE-прионы из отходов, направляемых в установку, или, по крайней мере, значительно снижала их содержание. К таким отходам относится мясокостная кормовая мука, животные жиры или что-то подобное, получаемое в результате переработки не реализованных животных.

Из системы транспортировки и гомогенизации Э-среда поступает в стерилизатор, при этом Э-среда подается в зависимости от ее типа, который определяется на весах.

Автоклав состоит из двух идентичных установок, т.е. двух удлиненных, цилиндрических горизонтальных камер со шнеком в центре. Эти две цилиндрические камеры крепятся одна на другой, что обеспечивает легкую загрузку нижней камеры. Снизу установки закрываются крышкой. Крышка отводит тепло пара вниз.

В верхний автоклав из бункера СаО поступает известь, то есть 342 кг на загрузку.

Из верхней камеры в нижнюю Э-среда поступает в подогретом виде.

Содержимое нижней камеры поступает в малый смесительный резервуар емкостью 25 м³. Здесь Э-среда смешивается с иловым осадком из приемного резервуара 1, затем смесь перекачивается в резервуар отделения аммиака.

В трубе СаО имеется отвод, по которому СаО может поступать непосредственно в смесительный резервуар, находящийся под этими двумя камерами. Для смешивания стерилизованной Э-среды с необработанным иловым осадком, поступающим из приемного резервуара, с целью гомогенизации биомассы и использования тепла Э-среды используется смесительная камера.

Основными параметрами процесса является содержание сухого вещества Э-среды, температура, давление и рН. Оптимальными параметрами установки являются следующие параметры: температура 160°С, давление 6 бар, содержание сухого вещества приблизительно 30% и рН приблизительно 12.

Период выдержки в модуле стерилизации состоит из нескольких фаз: 1) время заполнения; 2) время подогрева в верхней камере; 3) время нагрева в нижней камере; 4) время выдержки при выбранных температуре и давлении; 5) время сброса давления; 6) время опорожнения; 7) время очистки.

Фаза заполнения включает время, необходимое для транспортировки Э-среды в автоклав и для ее перемешивания с добавляемым к ней иловым осадком. Период заполнения должен длиться приблизительно 10 мин. После заполнения Э-среда нагревается до 160°С при давлении 6 бар. Подогрев происходит в верхней камере, а окончательный нагрев в нижней. Расчетное время нагрева составляет приблизительно 30-40 мин.

Время выдержки при требуемых температуре и давлении должно быть приблизительно 40 минут (при 160°С и давлении 6 бар).

Сброс давления занимает приблизительно 10 мин. Сброс давления осуществляется в резервуар отделения аммиака.

Опорожнение происходит при работе винтовых конвейеров.

Время очистки. Чистка выполняется время от времени и не регламентируется.

Объем автоклава составляет 10 м³ на модуль, а степень его заполнения составляет приблизительно 75-90%. Объем смесительного резервуара 25 м³.

Пример условий эксплуатации

 ДиапазонВыбранное значениеЕдиницы измеренияTS10-3030% общей массыТемпература120-160160°СДавление2-66барУровень рН10-1212рН

В журнал для поставщиков, где регистрируется Э-среда, должны вноситься следующие данные, что обеспечивает контроль за работой модуля стерилизации: масса, объем и вид Э-среды. Таким образом, для каждой Э-среды, подаваемой в автоклав, можно определить:

- потенциальную энергию;

- необходимое время нагрева;

- необходимое время выдержки;

- необходимое время смешивания с иловым осадком;

- необходимое использование энергии в зависимости от вида Э-среды;

- степень заполнения по сигналу от радара/микроволнового датчика;

- эмпирически полученные значения в зависимости от визуального контроля оператором.

Смесительный резервуар для смешивания стерилизованной под давлением Э-среды и необработанного илового осадка

После стерилизации и гидролиза в модуле под давлением обработанная биомасса, расширяясь, поступает в смесительный резервуар (элемент № 10), который в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения располагается под модулем, в котором находится среда под давлением. Избыточное давление (пар) сбрасывается в резервуар отделения аммиака, чтобы собрать аммиак и передать тепло биомассе резервуара отделения аммиака перед ее расширением в смесительный резервуар.

Задачей смесительного резервуара является смешивание холодного необработанного илового осадка, поступающего из приемного резервуара, с горячей стерилизованной Э-средой, с передачей тепла (повторное использование тепла) и смешиванием двух сред.

Объем/вместимость резервуара составляет приблизительно 25 м³. Для его изготовления может использоваться любой подходящий материал, включая изоляционное стекловолокно. Рабочая температура составляет обычно 70-95°С.

Резервуар для жидкой биомассы

Жидкая биомасса, содержащаяся в резервуаре для жидкой биомассы (элемент № 11), используется для гарантированного производства биогаза в начальной фазе работы всей установки. Однако она может также использоваться и только тогда, когда такая жидкая биомасса имеется в наличии. Жидкая биомасса может включать, например, рыбий жир и животные жиры или растительные жиры. Могут также использоваться и отходы виноделия и черная патока, хотя такому варианту не отдается предпочтение по причине относительно высокого содержания в них воды и, следовательно, низкого потенциального энергосодержания на 1 кг продукта.

Объем/вместимость этого резервуара обычно составляет приблизительно 50 м³ и наиболее подходящим материалом для изготовления этого резервуара является нержавеющая сталь. Содержимым резервуара являются жидкая и твердая фракции с максимальным размером частиц 5 мм. Предусмотрены системы перемешивания и нагрева для регулирования температуры, а также питающий насос (насосы) для бродильного аппарата (аппаратов). Желательно, чтобы минимальная температура составляла 75°С для того, чтобы масляная или жирная биомассы могли перекачиваться в бродильный аппарат (аппараты).

Резервуар отделения аммиака и обеззараживания

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения в резервуар отделения аммиака и обеззараживания (элемент №12) поступает следующая среда:

- иловый осадок из приемного резервуара 1, и/или

- Э-среда из автоклава, и/или

- возможно жидкая биомасса из резервуара жидкой биомассы, и/или

- сбросная вода из отстойника или возможно после отделения калия (К).

Задача резервуара состоит в регенерации тепла, используемого в автоклаве, путем нагрева илового осадка, поступающего из приемного резервуара 1, в смешивании Э-среды с иловым осадком и, следовательно, в получении, таким образом, гомогенизированной смеси на входе в бродильные аппараты в регулировании уровня рН перед подачей в бродильные аппараты, и в обеззараживании илового осадка.

Резервуар отделения аммиака и обеззараживания отделяет аммиак (этап I), и газ направляется в абсорбционную колонну, наличие которой обычно для заключительного процесс отделения аммиака (этап II). Болезнетворные микроорганизмы удалены, и среда/иловый осадок готова/готов к анаэробному сбраживанию.

Ниже описана предпочтительная конструкция резервуара отделения аммиака и обеззараживания:

Низ/днище

- в форме конуса, направленного вниз под углом 20°, из теплоизоляционного бетона;

- при ослаблении перемешивания - удаление песка, осевшего на днище, с помощью эрлифта;

- установка в нижней части резервуара песчаного фильтра, который может опорожняться наружу через подведенный трубопровод. Точно так же через фильтр можно опорожнить и резервуар.

Верх

- в виде конической конструкции из многослойных теплоизоляционных сложных полиэфиров изофталиевой кислоты (герметизирующая пена). Угол конуса составляет приблизительно 10°;

- установлена дождевальная установка, исключающая образование пены в результате перемешивания;

- в верхней части конуса установлена система медленного перемешивания, обеспечивающая оптимальную гомогенизацию, оптимальное выпаривание аммиака и оптимальное распространение тепла в среде;

- аммиак по трубе с влажным воздухом транспортируется в абсорбционный модуль.

Стенка

- в виде цилиндрической конструкции из многослойных теплоизоляционных сложных полиэфиров изофталиевой кислоты (герметизирующая пена);

- для нагрева среды внутри резервуара по цилиндрической стенке установлено приблизительно 600 метров кольцевых нагревательных труб диаметром 5/4 дюйма;

- для регулирования нагрева установлены датчики температуры;

- для регулирования подачи кислоты в среду установлены датчики уровня рН;

- на трубопроводе из насосной в нижней части резервуара не на цилиндрической стенке установлен отсечной клапан;

- в середине резервуара установлен диффузор паров аммиака. Пары аммиака, вырабатываемые в модуле щелочной стерилизации и гидролиза, диффундируют в среду.

Объем/вместимость: внутренний диаметр цилиндрической стенки составляет приблизительно 12 м при высоте 9 м. Это означает, что рабочий объем резервуара составляет приблизительно 1000 м³, включая конус днища.

Время выдержки илового осадка и Э-среды в водной среде составляет приблизительно 7 дней, а абсолютный минимум времени выдержки составляет приблизительно 1 час.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения днище, главным образом, изготавливается из бетона, армирующего железа и изоляции, выдерживающей давление. Поверхность, контактирующая со средой, покрыта сложным полиэфиром изофталиевой кислоты, что предотвращает коррозийное разрушение бетона и армирующего железа. Все трубы, установленные в днище, изготовлены либо из полиэфира, либо из нержавеющей стали. Верх и низ изготовлены, в основном, в виде многослойной конструкции из термоизоляционного сложного полиэфира изофталиевой кислоты (герметизирующая пена). Все трубы изготовлены либо из полиэфира, либо из нержавеющей стали.

Другие элементы

- мешалка изготовлена из нержавеющей стали;

- нагревательные элементы изготовлены из малоуглеродистой стали с покрытием и/или из нержавеющей стали;

- все другие элементы, размещаемые в резервуаре, изготовлены из нержавеющей стали.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения были приняты следующие значения параметров системы для отделения аммиака от илового осадка: температура приблизительно 70°С; уровень рН приблизительно 10-12; соотношение жидкой фракции к газообразной <1:400, время выдержки -1 неделя, при эффективности больше 90%.

Пример допустимых условий эксплуатации установки.

СредаВсе виды жидкого навоза и стерилизованной под давлением твердой или жидкой фракции Э- среды, различные жидкие органические отходы, СаОРабочая температура70-80°ССочетание рабочих газов80% NH₄, 15% СО₂, 3% O₂, 2% другие газыКоэффициент теплопроводности теплоизоляции0,20 Вт/м²КМаксимальное абсолютное рабочее давление+20 мбар (без вакуума)Максимальная вязкость среды15%TSУровень рН5-10Абразивные включения в среде (например, песок)1-2%Максимальная температура нагревательных элементов90°СМаксимальная мощность нагревательных элементов600 кВтПодаваемая мощность7,5 кВт при 20-25 об./мин

Резервуар отделения аммиака и обеззараживания подает на вход бродильного аппарата (аппаратов) обработанные материалы на ферментацию. Материал подается в бродильные аппараты по времени. Расход материала зависит от процесса сбраживания, проходящего в бродильных аппаратах. Может использоваться один, два, три или большее число бродильных аппаратов.

Резервуар отделения аммиака и обеззараживания регулярно заполняется иловым осадком и Э-средой, поступающим с этапа щелочного гидролиза под давлением. Наконец, для получения ˜15% (15% TS) сухого вещества содержимое резервуара регулируется с помощью реле уровня. Блок измерения TS регулирует содержание TS. Каждый час после заполнения резервуара иловым осадком и Э-средой, Э-среду можно перекачивать в бродильный аппарат (аппараты).

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения верх резервуара отделения аммиака и обеззараживания сообщается с модулем абсорбции аммиака (этап I), а блок измерения уровня рН регулирует расход СаО.

Температура Э-среды регулируется с помощью датчиков температуры. Для предотвращения пенообразования в систему дождевания по времени подается вода/иловый осадок.

Бродильные аппараты для получения биогаза

Сбраживание биомассы осуществляется многошаговой системой бродильного аппарата, которая состоит из трех бродильных аппаратов (элементы 13, 14 и 15). Могут также применяться системы с меньшим или большим количеством бродильных аппаратов.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения бродильные аппараты соединены друг с другом, что обеспечивает максимальную гибкость и оптимальное производство биогаза. Бродильные аппараты должны быть рассчитаны на работу при термофильных (45-65°С), а также при мезофильных (25-45°С) температурах.

Процесс сбраживания может быть оптимизирован в терминах величины нагрузки по органическим веществам, времени выдержки и максимального сбраживания (мин. 90% VS). Для нагрева биомассы до рабочей температуры используются спиральные нагреватели.

Оптимальная гомогенизация и распределение тепла в биомассе обеспечивается системой медленного перемешивания, закрепленной в верхней части резервуара.

Регулирование уровня рН обеспечивается введением органической кислоты (жидкой) в необходимых количествах.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в бродильные аппараты поступает следующая среда:

- Э-среда из резервуара отделения аммиака и обеззараживания;

- жидкая биомасса от резервуара жидкой биомассы;

- кислоты из кислотного резервуара.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения конструкция резервуара может быть следующей.

Низ/днище

- в форме конуса, направленного вниз под углом 20°, из теплоизоляционного бетона;

- при ослаблении перемешивания - удаление песка, осевшего на днище, с помощью эрлифта;

- установка в нижней части резервуара песчаного фильтра, который может опорожняться наружу через подведенный трубопровод. Точно так же через фильтр можно опорожнить и резервуар.

Верх

- в виде конической конструкции из малоуглеродистой стали. Угол конуса составляет приблизительно 10°;

- установлена дождевальная установка, исключающая образование пены в результате перемешивания;

- в верхней части конуса установлена система медленного перемешивания, обеспечивающая оптимальную гомогенизацию, оптимальное распространение тепла в среде;

- биогаз по трубе с влажным воздухом транспортируется в ресивер.

Стенка

- в виде цилиндрической конструкции из малоуглеродистой стали;

- для нагрева среды внутри резервуара по цилиндрической стенке установлено приблизительно 600 метров кольцевых нагревательных труб диаметром 5/4 дюйма;

- для регулирования нагрева установлены датчики температуры;

- для регулирования подачи кислоты в среду установлены датчики рН;

- на трубопроводе из насосной в нижней части резервуара не на цилиндрической стенке установлен отсечной клапан.

Объем/вместимость каждого резервуара может быть любым/любой, включая эффективный объем, равный приблизительно 1700 м³.

Для изготовления бродильных аппаратов могут использоваться, например, следующие материалы.

Днище

- днище изготавливают, в основном, из бетона, армирующего железа и изоляции, выдерживающей давление;

- поверхность, контактирующая со средой, покрывается сложным полиэфиром изофталиевой кислоты, что предотвращает коррозионное разрушение бетона и армирующего железа;

- все трубы, установленные в области днища, изготавливаются либо из полиэфира, либо из нержавеющей стали.

Верх и стенка

- верх и стенка изготавливаются, в основном, из малоуглеродистой стали;

- все установленные трубы изготовлены либо из полиэфира, либо из нержавеющей стали, либо из малоуглеродистой стали,

Другие элементы

- мешалка изготовлена из малоуглеродистой стали;

- нагревательные элементы изготовлены из малоуглеродистой стали;

- все другие элементы, размещаемые в резервуаре, изготовлены из нержавеющей стали или малоуглеродистой стали.

Пример допустимых условий эксплуатации установки.

СредаВсе виды навоза животных, иловые осадки свиноферм. Измельченная энергетическая биомасса. Некоторые виды органических отходов, СаО, органические кислотыРабочая температура35-56°ССочетание рабочих газов65% СН₄, 33% СО₂, 2% другие газыКоэффициент теплопроводности теплоизоляции0,25 Вт/м²К, оцененные потери тепла до 10 кВтМаксимальное абсолютное рабочее давление+20 мбар (без вакуума)Максимальная вязкость среды12% TSУровень рН5-10Абразивные включения в среде (например, песок)1-2%Максимальная температура нагревательных элементов80°СМаксимальная мощность нагревательных элементов600 кВтПодаваемая мощность7,5 кВт при 20-25 об./мин

Сбраживание должно проходить приблизительно при 55°С. Оцененные тепловые потери составляют приблизительно 10 кВт. Биомасса в резервуаре может быть нагрета от 5°С до 55°С в течение 14 дней и имеются возможности введения кислоты для регулирования уровня рН.

Резервуар органических кислот для регулирования уровня рН в бродильных аппаратах

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предусматривается также резервуар органических кислот (элемент №16) для регулирования уровня рН в бродильном аппарате (аппаратах).

Накопительный резервуар для дегазированного илового осадка перед отстойником

После сбраживания биомассы в бродильных аппаратах и перед разделением в отстойнике дегазированная биомасса перекачивается в малый накопительный резервуар (элемент № 17).

Отстойник

Функция отстойника (элемент № 18) состоит в извлечении из биомассы взвешенных твердых частиц и фосфора (Р).

В отстойнике сброженная биомасса разделяется на две фракции: i) твердую, включая Р, и ii) сбросную воду.

Твердая фракция содержит 25-35% сухого вещества. Из сброженной биомассы извлекается приблизительно 90% взвешенных твердых частиц и 65-80% Р. При введении перед разделением в отстойнике в накопительный резервуар препарата PAX (компания Kemira, Дания) можно извлечь приблизительно 95-99% Р. Твердая фракция транспортируется в емкости с помощью винтового конвейера.

В сбросной воде содержится 0-1% взвешенных твердых частиц и растворенного К. Наличие взвешенных твердых частиц зависит от ввода препарата PAX. Основным компонентом сбросной воды является растворенный К, содержание которого равно приблизительно 90% первоначального содержания калия в биомассе. Сбросная вода перекачивается в резервуар сбросной воды.

Система транспортировки Р-фракции и обработка

Из отстойника посредством винтовых конвейеров и конвейерных лент, образующих транспортную систему Р-фракции (элемент №19), твердая фракция (обычно называемая Р-фракцией) может подаваться в целый ряд емкостей.

Обычная конвейерная лента транспортирует Р-фракцию в хранилище, где она складируется в кучу и накрывается. В результате компостирования Р-фракция высушивается и содержание сухого вещества увеличивается, таким образом, до 50-60%.

Второй этап отделения азота (N)

Желательно обеспечить эффективное отделение аммиака из сбросной воды и довести остаточный уровень содержания NH₄-N приблизительно до 10 мг/л или меньше.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения на втором этапе выполняется паровое отделение аммиака под давлением окружающей среды. Отделение аммиака осуществляется за счет разницы температур кипения аммиака и воды. Извлечение аммиака наиболее эффективно при температурах около 100°С. Использование энергии для нагрева подаваемого загрузочного материала является важной характеристикой. Поэтому на входе в колонну отделения аммиака модуль отделения аммиака подогревает загрузочный материал до температуры, близкой 100°С. Это обеспечивается при помощи пара (или возможно теплой воды и пара) от двигателя-генератора в пароводяном теплообменнике.

После нагрева загрузочный материал подается в колонну отделения аммиака и проходит через колонну, нагреваясь при этом до рабочей температуры противотоком свободно текущего пара. Затем газообразный аммиак конденсируются в двухступенчатых конденсаторах.

Теперь снизу колонны вода, не содержащая аммиак, подается на насос контроля уровня на выходе.

Отделяемый аммиак отводится в нижнюю часть двухступенчатого конденсатора газоочистителя, где пары аммиака конденсируются в противотоке охлажденного конденсата аммиака. Неконденсированный газообразный аммиак впоследствии конденсируется в противотоке чистой воды (возможно с заключительного этапа обратного осмоса). При необходимости использования кислоты на этом этапе применяется серная кислота. Таким образом, можно получить более высокую конечную концентрацию аммиака.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения конденсатор газоочистителя изготавливается из полимера, что позволяет использовать кислоты.

Абсорбционная колонна аммиака (для использования на первом и/или втором этапе отделения азота (N))

Газоочиститель конденсата используется для обеспечения маневренности при вводе кислоты. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения колонна (элемент № 21) содержит две секции, при этом фракция аммиака, не сконденсированная в первой секции, конденсируется затем во второй секции. Это осуществляется в противотоке, при этом добавление воды по возможности ограничено. Таким образом, в конденсате на выходе достигается максимальная концентрация аммиака (больше 25%). Аммиак может откачиваться отдельным насосом или может отбираться из клапана циркуляционного насоса. При введении в противоток воды серной кислоты можно добиться повышенного поглощения.

Резервуар серной кислоты

Резервуар серной кислоты используется для хранения серной кислоты, используемой в процессе отделения N (элемент №22).

Резервуар NS

Резервуар NS (элемент №23) используется для хранения отделяемого N.

Газохранилище

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения газохранилище (элемент № 24) используется в качестве промежуточного хранилища для подачи газа, например, на двигатель-генератор.

Резервуар сбросной воды

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения с выхода отстойника сбросная вода подается насосом на вход резервуара сбросной воды (элемент №25).

Резервуар сбросной воды оборудован погружным микрофильтром статического действия. Микрофильтр удаляет частицы размером больше 0,01-0,1 мкм. На мембране создается давление ниже атмосферного, равное 0,2-0,6 бар. Следовательно, пермеат всасывается через мембрану, удерживающую при этом частицы на своей поверхности. Для предотвращения минерализации мембраны применяется обратная промывка мембранных поверхностей.

Извлечение пермеата и обратная промывка контролируются микропроцессором в автоматическом режиме. Извлечение пермеата прерывается периодической обратной промывкой, которая выполняется, например, в течение 35 с каждые 300 с работы. Общий расход составляет 2-6 м³ в час.

Для улучшения микрофильтрации применяется аэрирование. Аэрирование создает касательные напряжения на мембранной поверхности, уменьшая, таким образом, минерализацию. Аэрируется также сбросная вода, что стимулирует аэробное разложение остатков органического вещества, нитрификацию и денитрификацию. Таким образом, во время процесса микрофильтрации может удаляться оставшийся запах, ниртаты и т.д.

Пермеат этого резервуара используется для:

- мытья скотных дворов, каналов, решетки и т.д.;

- дальнейшего разделения. Растворенный К концентрируется с помощью обратного осмоса, К-фракция хранится в отдельном резервуаре для хранения. Вода для мытья скотных дворов может также забираться из этого потока пермеата;

- калий может также концентрироваться с помощью других средств типа механического или парового сжатия. Это зависит от конкретного выбора для каждой отдельной установки и количества избыточного тепла для парового сжатия.

Для удаления концентрата задерживаемых частиц резервуар сбросной воды, содержащий концентрат от микрофильтрации, должен освобождаться через равномерные интервалы. Концентрат добавляется либо к калию, либо к фосфору из отстойника.

Резервуар калия

Функция резервуара калия (элемент № 26) состоит в хранении концентрата калия (К).

Газоочистка

Биогаз, полученный в бродильных аппаратах, может содержать ничтожно малые количества сероводорода (H₂S), которые перед сжиганием биогаза в теплоэлектроцентрали необходимо удалять (элемент №27).

Газ очищается с помощью некоторых аэробных бактерий, которые окисляют H₂S в сульфат. Бактерии должны принадлежать роду Thiobacillus, который распространен как в земной, так и водной среде. Могут также использоваться и бактерии другого рода, например Thimicrospira и Sulfolobus.

Резервуар из стекловолокна с насадками из пластиковых трубок с большой площадью поверхности ополаскивается сбросной водой, что помогает поддерживать насадку во влажном состоянии. Биогаз направляется через насадочную колонну и к потоку биогаза добавляется воздушный поток (атмосферного воздуха). Для обеспечения концентрации кислорода в газовом потоке на уровне 0,2%, то есть на уровне, достаточном для окисления H₂S, что предотвращает образование взрывчатой смеси биогаза и кислорода, добавляется атмосферный воздух. Применяется боковая кольцевая газодувка.

Теплоэлектроцентраль

Главным элементом теплоэлектроцентрали (элемент № 28) может быть, например, газовый двигатель, соединенный с генератором для производства электроэнергии. Главным приоритетом теплоэлектроцентрали является производство как можно большего количества электроэнергии, а не тепла. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения двигатель охлаждается водой (90°С в контуре охлаждения), а тепло используется в технологических процессах установки и для обогрева, например, скотных дворов.

Выхлопной газ используется в рекуператоре для производства пара. Пар используется как источник нагрева в технологических процессах установки, то есть в модуле стерилизации под давлением и в модуле отделения азота на этапе II (приоритет один). В зависимости от количества пара его можно также использовать для концентрирования К в сбросной воде (выпаривание).

Между паровым контуром и контуром обогрева устанавливается теплообменник, с помощью которого можно отводить тепло от парового контура в систему обогрева.

Помимо вышеупомянутого рекуператора устанавливается паровой котел. Этот котел используется для производства тепла, чтобы начать процесс, и, кроме того, как средство резервирования рекуператора.

Если пара производится больше, чем это необходимо для технологического процесса установки, то избыток пара поступает в холодильник.

Чтобы начинать технологический процесс в установке (нагрев резервуаров бродильного аппарата), используется тепло от котла на жидком топливе. Как только начинается производство газа, вместо дизельных горелок начинается использование газовых горелок. Как только начинается производство газа в количестве, достаточном для запуска двигателя, основным источником тепла становится двигатель.

Отделение калия

Калий можно отделять из сбросной воды не менее чем двумя способами (элемент №29). При относительно высоких уровнях производства биогаза двигатель-генератор производит избыток тепла (пар при 160°С), которое можно использовать для концентрирования калия (К). Дистиллят, не содержащий питательные вещества, может использоваться для ирригации полей или повторно использоваться в установке.

При относительно низком уровне производства биогаза для удаления частиц размером больше 0,01-0,1 мкм из сбросной воды может использоваться микрофильтр, что обеспечивает возможность обработки пермеата в стандартном фильтре обратного осмоса. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения концентрация калия в растворе должна доводиться до 10-20%.

Второй аспект (BSE-прионы)

В соответствии со вторым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно в значительной степени уменьшить содержание BSE-прионов в навозе, фураже, отходах скотобойни, мясокостной кормовой муке и т.п. и/или исключить их совсем. Это достигается сочетанием предварительной обработки и сбраживания. Как упоминалось выше, для этого устанавливается устройство дополнительной предварительной обработки субстрата, содержащего BSE-прионы, например автоклав с известью. Обработка известью под давлением может использоваться для гидролиза целого ряда органических субстратов, включая материал, содержащий прионы.

BSE-прионы - белки, стойкие к воздействию протеазы. Однако при обработке известью, желательно при температурах 140-180°С, давлении 4-8 бар и рН приблизительно 10-12, прионы частично гидролизуются и, таким образом, становятся разлагаемыми ферментами микробов типа протеаз, амидаз и т.д. Микробы присутствуют в биореакторах и, так как из субстрата отделен аммиак и, таким образом, содержание в нем азота невелико относительно содержания углерода, микроорганизмы приобретают способность дополнительно производить внеклеточные протеиназы и протеазы, способные к гидролизу BSE-прионов. Продолжительность выдержки также вносит свой вклад в эффективное разложение BSE-прионов.

Третий аспект (концентрации N и Р)

В соответствии с третьим предпочтительным аспектом настоящего изобретения из навоза животных можно отделять основные питательные вещества - азот (N) и фосфор (Р) и перерабатывать эти питательные вещества в удобрения коммерческого или "органического" качества. Это достигается сочетанием элементов первого аспекта с декантирующей центрифугой.

N и Р - главные питательные вещества илового осадка, которые часто бывают в избытке в животноводстве. Как описано в первом аспекте, азот отделяется и собирается, при этом в сброженном иловом осадке остается фосфор. Однако при использовании декантирующей центрифуги, фосфор удаляется из илового осадка вместе с органическими и неорганическими твердыми фракциями.

В результате более 90% N и Р илового осадка собираются в отдельных фракциях. Остающаяся сбросная вода содержит некоторое количество калия (К) и ничтожно малые количества N и Р. Таким образом, сбросную воду можно вносить в землю в течение всего года.

Калий (К) из сбросной воды можно извлекать дополнительно совместным мембранным аэрированием и фильтрацией. Короче говоря, керамические микрофильтры используются одновременно как диффузоры и фильтры. Фильтры погружаются в сбросную воду и работают попеременно в режиме аэрирования и фильтрации. Аэрирование обеспечивает разложение оставшегося органического вещества и отстой неорганических хлопьев. Таким образом, обработанная вода становится подходящей для мембранного фильтрования, потому что минерализация предотвращена. Также и аэрирование через те же самые мембраны (очистка противотоком воздуха) предотвращает минерализацию мембран.

Готовым продуктом является концентрат (главным образом содержащий К), а отфильтрованная вода может вноситься в землю.

Как и в соответствии с первым аспектом также может быть организована циркуляция сбросной воды через скотные дворы.

Р-фракцию можно сушить с получением гранул, имеющих коммерческое значение. Фракции азота и калия также имеют коммерческое значение.

В соответствии с третьим предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно, в частности, концентрировать такие питательные вещества, как N и Р (и К), содержащиеся в иловом осадке и других органических субстратах, в удобрениях, имеющих коммерческое значение.

Однако, если декантирующие центрифуги объединены с другими элементами установки для получения биогаза и с системой разделения илового осадка, в частности модулем отделения азота, это может оказаться главным для фермеров. Объединение этапа отделения азота с декантирующей центрифугой означает, что большая часть азота и фосфора, содержащаяся в иловом осадке, отделена и собрана в отдельные фракции. Важно отметить, что фосфор в хлопьях находится в связанном состоянии и должен отделяться с помощью декантирующей центрифуги.

Питательные вещества могут использоваться и вноситься в землю в соответствии с потребностью в этих питательных веществах. Можно также организовать циркуляцию сбросной воды через скотные дворы при заборе ее на выходе декантирующей центрифуги. Чистка полов и решеток в свинарниках является дополнительным преимуществом, которое обеспечивает хороший внутренний климат, снижение содержания аммиака и выделений других газов, частую промывку каналов илового осадка и т.д.

Сбросная вода может содержать основную долю (К), а меньшая доля будет содержаться во фракции фосфора. Это означает, что при реализации сценария, в соответствии с которым из илового осадка отделяется аммиак и фосфор, N и Р могут храниться и применяться согласно потребностям, в то время как сбросная вода может в течение года использоваться как сточная вода.

Можно рассчитать так, что каждый год иловый осадок будет вноситься на ¹/₄ часть общей площади земельных угодий и через 4 года иловый осадок будет внесен на площадь всего участка.

Независимо от того будет или нет сбросная вода обрабатываться дополнительно, некоторые фермеры несомненно захотят увеличить выход азота и фосфора, отделяемых с использованием только одного реактора для сбраживания илового осадка. Можно даже исключить этап отделения фосфора с использованием декантирующей центрифуги, потому что необходимо концентрировать только азот с выходом только разбавленного илового осадка без азота, который также может вноситься в землю в любое время года, если только земля не замерзла.

Поэтому фермерам могут предлагаться только отдельные части общей системы и их комбинации в зависимости от потребностей. В любом случае для фермеров наибольший интерес представляет использование декантирующей центрифуги для отделения азота.

При наличии рыночной конъюнктуры сбросная вода на выходе всего технологического процесса может подвергаться доочистке.

Таким образом, задача состоит в обработке сбросной воды, обеспечивающей возможность применения мембранной фильтрации, и в сокращении ее объема больше, чем на 50-60%, как об этом упоминалось ранее. Эта задача должна решаться при использовании известных, дешевых и проверенных технологий.

Решение состоит в следующем.

Аэрирование илового осадка известно, и аэрирование в атмосферном воздухе в течение 2-4 недель обеспечивает аэробное сбраживание.

Аэрирование обеспечивает решение следующих вопросов.

Во-первых, оставшийся аммиак отделяется и собирается в абсорбционной колонне (возможно так же, как это происходит на этапе предварительной обработки) в процессе так называемого низкотемпературного отделения приблизительно при 20°С. На этом этапе требуется, чтобы отношение жидкой фракции к газу составляло не менее приблизительно 1:2000 (Ляо и др., 1995 г.).

Во-вторых разлагаются оставшиеся органические вещества и элементы, издающие запах (Камареро и др., 1996 г.; Бертон и др., 1998 г.; Дойле и Нойе, 1987 г.; Гаррауэй, 1982 г.; Гинниван, 1983 г.; Блоуин и др., 1988 г.).

В-третьих, оставшийся после отделения аммиак нитрифицируется с образованием нитрата (Аргаман У., 1984 г.; Гененк и Харремес, 1985 г.).

Аэрирование объединяется с фильтрацией путем использования новой технологии обработки иловых осадков, то есть микрофильтрации, объединяющей аэрирование и фильтрацию с применением керамических фильтров (Боухабила и др., 1998 г.; Скотт и др., 1998 г.; Злоум и др., 1996 г.; Энгельхардт и др., 1998 г.). Энергосберегающее аэрирование и фильтрация выполняются за одну операцию. Аэрирование также используется для очистки керамических мембран "противотоком воздуха" (Висванатан и др., 1997 г.; Силва и др., 2000 г.).

При необходимости это дает возможность разделения водной фракции с помощью стандартных осмотических мембран, так как возможность минерализации мембран минимальна. Это позволяет предположить, что можно получить большее сокращение объема при более низких энергозатратах, хотя на аэрирование понадобится некоторое количество энергии.

Даже если мембранное фильтрование не применяется, мотивом для аэрирования может служить отделение аммиака на заключительном этапе и удаление оставшихся элементов, издающих запах.

Четвертый аспект (возобновляемая энергия)

В соответствии с этим предпочтительным аспектом настоящего изобретения основными устройствами являются установки предварительной обработки, состоящие из резервуара отделения аммиака и автоклава с известью и биореакторов, обеспечивающих гибкую и многоэтапную (минимум 3 этапа) обработку.

В соответствии с четвертым предпочтительным аспектом настоящего изобретения возможно производство большего количества биогаза при использовании широкого спектра органических субстратов, включая все типы навоза, энергетической биомассы, растительных остатков и другие органические отходы.

Применение установок предварительной обработки в соответствии с первым и вторым предпочтительными аспектами настоящего изобретения позволяет использовать большое разнообразие органических субстратов, в то время как применение многоступенчатой установки для получения биогаза позволяет обеспечить полное биохимическое сжигание этого субстрата и, таким образом, обеспечить максимальный выход энергии.

Обогащенные азотом и трудноразлагаемые субстраты типа птичьего помета и подстилки животноводческих ферм проходят предварительную обработку в автоклаве с известью. Обработанный таким образом субстрат перед поступлением в резервуар отделения аммиака и расположенные за ним реакторы проходит предварительное сбраживание в мезофильном реакторе.

Предварительное сбраживание обеспечивает разложение легкодоступных органических веществ и переход азота в виде аммиака в раствор. Таким образом, основная часть азота собирается в резервуаре отделения аммиака и трудноразлагаемый органический субстрат разлагается в установленных последовательно реакторах энергетической установки. В другом варианте, в зависимости от качества субстрата, он перед сбраживанием в реакторах может непосредственно подаваться в резервуар отделения аммиака. В результате производится большое количество биогаза, то есть обычно в 5-10 раз больше энергии, чем содержится в иловом осадке.

Обработка в системе получения биогаза и разделения обеспечивает возврат питательных веществ в сельскохозяйственные земли. Энергетическая биомасса сбраживется в отдельном реакторе, и сброженная биомасса направляется в резервуар отделения аммиака. В этом резервуаре волокна, не разложившиеся во время пребывания в отдельном реакторе, будут подвержены гидролизу, и аммиак будет собран во фракции азота. Азот, содержащийся в энергетической биомассе может быть возвращен в землю и использован при выращивании нового урожая. Можно многократно использовать приблизительно 1-3 кг азота на 1 тонну силоса.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения от органического материала отделяется аммиак, который, в частности, при температурах термофильного режима является ингибитором процесса получения биогаза (Хансен и др., 1998 г.; Крайтова и др., 1997; Кайханиан, 1994 г.). Аммиак отделяется во время предварительной обработки, где биомасса также подвергается гидролизу и т.д.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения процесс может быть разделен на термофильный и мезофильный этапы (Дугба и Жанг, 1999 г.; Хан и др., 1997 г.; Гош и др., 1985 г.; Коллеран и др., 1983 г.). Это обеспечивает повышенный выход энергии и стабильность во время работы установки, что происходит помимо всего прочего и потому, что биомасса дольше находится в биореакторах, что позволяет метановым бактериям разлагать субстрат. Следует отметить, что в этом случае требуется больше энергии для нагрева, а также реактор большего объема.

Помимо двухэтапной схемы в установке необходимо использовать еще один реактор для предварительного сбраживания птичьего помета и подобных азотсодержащих биомасс. Кроме того, энергетическая биомасса должны быть сброжена в этом реакторе перед дальнейшей обработкой в энергоустановке. В течение этого первого сбраживания основная фракция легкодоступного органического материала разлагается и азот в виде аммиака переходит в раствор. Теперь азот может быть отделен в резервуаре отделения аммиака и собран в N-фракцию.

Сброженная свекла, кукуруза, клевер и т.д. содержат приблизительно 1 кг N на 1 тонну влажной массы, и поэтому важно собрать этот N в N-фракцию. Птичий помет содержит еще больше азота и перед дальнейшим сбраживанием в главной установке для получения биогаза может также сбраживаться на этапе предварительного сбраживания.

Отделение аммиака и гидролиз делают трудноразлагаемые волокна способными к сбраживанию, как это описано при рассмотрении этапа предварительной обработки. Дальнейшее сбраживание в главной установке для получения биогаза обеспечивает максимальный выход газа.

Пятый аспект (условия содержания животных)

В соответствии с пятым предпочтительным аспектом настоящего изобретения могут быть обеспечены оптимальные условия содержания животных на скотных дворах при одновременном сокращении выброса пыли и газов типа аммиака. Это достигается промывкой или циркуляцией сбросной воды через скотные дворы с целью чистки и мытья свинарников, полов, решеток, каналов с навозом и т.д. Это уменьшает площади поверхностей выброса, откуда запах, аммиак и пыль могут испускаться во внешнюю среду.

Применение этой системы позволяет также использовать солому, не увеличивая при этом выбросы пыли и аммиака. Солома является существенным элементом, обеспечивающим благоприятные условия содержания, в частности, свиней, а также и других животных. Ее использование дает возможность животным заниматься рытьем и она применяется как структурный фураж.

Сбросная вода, отбираемая на выходе декантирующей центрифуги (третий аспект) или возможно на выходе первого этапа сбраживания (первый аспект), хорошо подходит как средство промывки скотных дворов. В процессе промывки с решеток удаляется солома и навоз.

В соответствии с другими предпочтительными аспектами настоящего изобретения предпочтительным может оказаться любое сочетание основной идеи изобретения с другими упомянутыми аспектами. Первый аспект желательно включать во все сочетания.

Соответственно, из вышеупомянутых описаний предпочтительных аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения очевидно, что предлагается

Усовершенствованный способ получения биогаза, включающий этапы:

1) отделения аммиака, содержащего N, от органических материалов, включая навоз и его иловый осадок, и возможно этап гидролиза органического материала;

2) подачи полученного таким образом органического материала в бродильный аппарат для получения биогаза и

3) получения биогаза в результате брожения органического материала.

Вышеупомянутый способ может также включать этап отделения твердых фракций, получаемых в процессе брожения, при этом на этапе разделения используется декантирующая центрифуга. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в результате разделения отдельные фракции Р и/или К получают в гранулированном виде.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения вышеупомянутый способ включает еще этап подачи жидкой фракции с выхода бродильной установки в стойла или на скотные дворы, возможно после еще одного этапа очистки.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения этап отделения аммиака, включающего азот, происходит одновременно с этапом, включающим этап термического гидролиза и/или этап щелочного гидролиза, или после него, или в любом порядке, при этом любой из этапов, или оба этапа выполняются при повышенной температуре и/или при повышенном давлении, как описано выше.

Таким образом, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения решаются проблемы, связанные с экологическим загрязнением нежелательными микроорганизмами, включая Сальмонеллу Typhimurium DT104, и/или прионы, связанные с BSE, которые присутствуют в органических материалах, включая навоз и его иловый осадок.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения можно решить проблемы, связанные с достижением достаточно высокого уровня обеззараживания в стойле или на скотном дворе. Это достигается сокращением количества нежелательных микроорганизмов и/или прионов, связанных с коровьим бешенством, которые присутствуют в органических материалах, включая удобрения и их жидкие растворы, и/или их полным устранением.

В соответствии еще с одним вариантом осуществления настоящего изобретения решаются проблемы, связанные с чрезмерным потреблением дорогих водных ресурсов в стойле или на скотном дворе. Эта проблема решается многократным использованием сбросной воды, получаемой с выхода этапа разделения с применением декантирующей центрифуги, используемой для разделения твердой и жидкой фракций, то есть с выхода либо этапа предварительной обработки органического материала и/или этапа отделения азота, включая отделение аммиака и/или анаэробное брожение, ведущее к образованию биогаза. В то же самое время можно уменьшить и/или устранить совсем возникновение микроорганизмов в сбросной воде с помощью дальнейших этапов очистки.

Настоящее изобретение также обеспечивает получение дешевого удобрения, отвечающего коммерческим стандартам. Это достигается отделением азота, включая отделение аммиака и разделение гранул, содержащих фосфор и калий, посредством декантирующего центрифугирования после предварительной обработки, предпочтительно включающей термический и щелочной гидролиз.

В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ сокращения числа жизнеспособных микроорганизмов и/или BSE-прионов, содержащихся в органическом материале, включающий следующие этапы:

i) получение органического материала, включающего твердые и/или жидкие фракции;

ii) сокращение в упомянутом органическом материале числа жизнеспособных микроорганизмов и/или BSE-прионов, направляя данный органический материал

a) на этап обработки известью под давлением и/или

b) на этап нагрева до заданной температуры, и/или обработки заданным давлением, и/или обработки основанием или кислотой, и/или

с) на этап хотя бы частичного гидролиза,

при этом упомянутые этапы обработки а), b) и с) могут выполняться одновременно или последовательно в любом порядке, и

iii) получение обработанного органического материала, включающего, по крайней мере, уменьшенное число жизнеспособных микроорганизмов и/или BSE-прионов.

Применение способов, предложенных в настоящем изобретении, позволяет снизить количество самых разных микроорганизмов, включая микроорганизмы животных, инфекционные микроорганизмы и паразитарные болезнетворные микроорганизмы и любое их сочетание. К числу примеров, которыми, однако, не ограничивается область применения настоящего изобретения, можно отнести бактерии типа Campylobacter, Salmonella, Yersinia, Ascaris, подобные им микробы и паразиты, а также вирусы, вироиды и т.п.

На этапе обработки известью происходит стерилизация органического материала и все жизнеспособные микроорганизмы погибают на этом этапе обработки. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения известь включает или по существу состоит из СаО или Са(ОН)₂. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения все BSE-прионы или другие прионы, находящиеся в органическом материале, также разрушаются или уничтожаются в процессе стерилизации. После прохождения упомянутых выше этапов обработки количество микроорганизмов и/или прионов сокращается, например, на 90%, 80%, 70%, 60% или не менее чем на 50%.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения перед этапом отделения азота при получении биогаза используется этап обработки органического материала известью под давлением. Однако перед этапом отделения азота органический материал, прошедший обработку известью под давлением, может также подвергаться ферментации.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения перед началом обработки на установке, перед этапом отделения азота органический материал может храниться в силосе. И перед отделением азота органический материал может пройти ферментацию. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения органический материал, который закладывается на хранение в силосе, состоит из фуражных культур типа свеклы, кукурузы, клевера и может включать только ботву растений.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения этап обработки органического материала известью под давлением выполняется при температуре приблизительно от 100°С до 250°С, под давлением 2-20 бар, с добавлением извести, обеспечивающим значения рН приблизительно от 9 до 12, и в течение времени обработки от не менее чем 1 минуты до менее чем 60 минут.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения количество добавляемой извести, включая СаО, составляет приблизительно от 2 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 5 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 5 приблизительно до 60 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 10 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 15 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 20 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 40 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 50 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества, приблизительно от 60 приблизительно до 80 г на 1 кг сухого вещества.

Примером рабочих условий автоклава с известью являются следующий условия: температура в интервале приблизительно от 120°С приблизительно до 220°С, давление в интервале приблизительно от 2 бар желательно до величины меньше 18 бар и время выдержки не менее чем от 1 минуты, желательно до времени меньше, чем 30 минут.

В качестве другого примера рабочих условий можно привести следующие условия: температура в интервале приблизительно от 180°С приблизительно до 200°С, давление в интервале приблизительно от 10 бар желательно до величины меньше 16 бар, уровень рН в интервале приблизительно от 10 приблизительно до 12 и время выдержки приблизительно от 5 минут приблизительно до 10 минут.

Вышеупомянутый способ может включать множество дополнительных этапов. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрены и другие этапы, которые изменяют маршрут обработанного органического материала и направляют его на вход бродильного аппарата для получения биогаза, в котором обработанный органический материал сбраживается и получается биогаз. Еще один этап относится к внесению обработанного органического материала во внешнюю среду, включая сельскохозяйственные угодья. На этом этапе во внешнюю среду, включая сельскохозяйственные угодья, могут вноситься остатки материала после ферментации обработанного органического материала.

Еще на одном этапе перед направлением органического материала в бродильный аппарат для получения биогаза от него отделяется азот, включая аммиак. Это приводит к повышенному и устойчивому выходу биогаза. Это также позволяет использовать обогащенные азотом биомассы на этапах удаления азота и дальнейшего сбраживания в бродильных аппаратах. Биогаз получают в результате сбраживания органического материала, освобожденного хотя бы от части аммиака, содержащего азот.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения перед возможной отправкой на хранение в резервуар отделенный аммиак, содержащий азот (N), поглощается в абсорбционной колонне. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения перед возможной отправкой на хранение в резервуар отделенный аммиак, содержащий азот (N), поглощается в абсорбционной колонне, содержащей воду или раствор кислоты, предпочтительно серной кислоты.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается способ, включающий следующие этапы:

i) устранение, инактивирование и/или сокращение количества жизнеспособных микроорганизмов и/или BSE-прионов в упомянутом органическом материале, направляя данный органический материал

a) на этап обработки известью под давлением, и/или

b) на этап нагрева до заданной температуры, и/или обработки заданным давлением, и/или обработки основанием или кислотой, и/или

c) на этап хотя бы частичного гидролиза,

при этом упомянутые этапы обработки а), b) и с) могут выполняться одновременно или последовательно в любом порядке, и

ii) отделение аммиака, содержащего азот (N), от упомянутого обработанного органического материала;

iii) направление органического материала, из которого удален азот, в бродильный аппарат для получения биогаза;

iv) сбраживание органического материала, из которого удален азот, и

v) получение биогаза и сброженного органического материала, содержащего хотя бы уменьшенное количество жизнеспособных микроорганизмов и/или BSE-прионов.

Желательно, чтобы в органическом материале, полученном после сбраживания, не было по существу никаких BSE-прионов.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения этап отделения аммиака, содержащего азот (N), начинается с добавления к органическому материалу извести в количестве, достаточном, например, для повышения уровня рН выше 9 при температуре предпочтительно выше 40°С, достаточном, например, для повышения уровня рН выше 10 при температуре предпочтительно выше 40°С, достаточном, например, для повышения уровня рН выше 11 при температуре предпочтительно выше 40°С, достаточном, например, для повышения уровня рН приблизительно до 12 при температуре предпочтительно выше 40°С.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения температура процесса составляет выше 50°С, например выше 55°С, например выше 60°С.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения время выдержки составляет от 2 до 15 дней, например от 4 до 10 дней, например от 6 до 8 дней. В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения процесс характеризуется следующими параметрами: уровень рН составляет от 8 до 12, температура - от 70°С до 80°С, отношение жидкой фракции к твердой составляет меньше 1:400 и время выдержки составляет приблизительно 7 дней. Щелочная среда может быть создана введением любого основания. Однако уровень рН желательно повышать путем добавления СаО или Са(ОН)₂.

Органический материал может содержать твердые и/или жидкие фракции, например навоз и его иловый осадок, остатки урожая, силосные культуры, туши животных или их части, отходы скотобойни, мясокостную кормовую муку, включая их любые сочетания. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения органический материал содержит максимум 50% твердых фракций, например максимум 40% твердых фракций, например максимум 30% твердых фракций, например максимум 20% твердых фракций. Органический материал может также быть в жидком состоянии и содержать максимум 10% твердых фракций.

Органический материал может также содержать солому, волокна или опилки и в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения органический материал может содержать много волокон, предпочтительно больше 10% в массовом отношении. Органический материал может также содержать много сложных углеводов, включая целлюлозу, и/или гемицеллюлозу, и/или лигнин, например, предпочтительно больше 10% в массовом отношении. Обработка органического материала, содержащего целлюлозу, известью под давлением приводит к разложению целлюлозы на органические кислоты малой массы, например на муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту и т.п.

Органический материал может также содержать подстилку животноводческих ферм или навоз (помет) животных, особенно рогатого скота, свиней и домашней птицы. Кроме этого, может использоваться такой органический материал, как, например, туши животных или их части, отходы скотобойни, мясокостная кормовая мука, плазма крови или любой другой продукт животного происхождения, опасный или не опасный с точки зрения возможного содержания BSE-прионов или других прионов.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения органический материал содержит или по существу состоит из твердых фракций длиной меньше 10 см, например из твердых фракций длиной меньше 5 см, например из твердых фракций длиной меньше 1 см.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения перед обработкой в автоклаве с известью органический материал должен быть раздроблен, предпочтительно, с использованием винтового конвейера, оборудованного дробилкой, предпочтительно изготовленного из нержавеющей и кислотостойкой стали. Конвейер передает органический материал в автоклав с известью, где органический материал предпочтительно нагревается впрыском пара или паром в кожухе вокруг автоклава с известью, или с использованием любого сочетания этих вариантов.

Органический материал может также содержать белки или подобные им органические молекулы, включая такие элементы, как аминокислоты и их сочетания, входящие в состав BSE-прионов или других прионов, при этом BSE-прионы или другие прионы непосредственно уничтожаются или разрушаются или их разрушение становится возможным с помощью обработки известью под давлением и/или последующего брожения, включая анаэробное брожение. Желательно, чтобы органический материал животного происхождения содержал много азота (N), предпочтительно больше 10%.

Органический материал в виде илового осадка может быть получен добавлением воды и/или воды, содержащей органический материал низкой концентрации, с содержанием твердой фракции предпочтительно меньше 10%. Добавляемая вода может быть повторно используемой водой, водой, содержащей органический материал низкой концентрации, полученной из силосной установки, и/или водой, собранной после очистки стойла и/или мытья животных, и/или водой, полученной с выхода этапа брожения перед отделением азота, и/или водой, полученной с выхода одной установки или большего числа установок для получения биогаза, и/или водой, полученной в процессе концентрорования фосфорных удобрений, и/или водой, полученной в процессе концентрирования калийных удобрений, и/или собранной дождевой водой.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, это - сбросная вода, полученная из установки для получения биогаза, или сбросная вода, полученная в процессе концентрирования фосфорных удобрений, или вода, полученная в процессе концентрирования калийных удобрений, или собранная дождевая вода.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения любое количество или большая часть мочевины и/или мочевой кислоты, присутствующей в органическом материале, конвертируется в аммиак, при этом аммиак может быть собран после поглощения в абсобционной колонне.

В качестве дополнительных этапов помимо обработки известью под давлением могут применяться мезофильное и/или термофильное брожение. Соответственно, до или после отделения азота органический материал, который был обработан в автоклаве с известью, может впоследствии быть направлен в установку мезофильного и/или термофильного брожения.

Каждое брожение выполняется популяцией бактерий, способных осуществлять мезофильное или термофильное брожение, соответственно. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения это - анаэробное брожение.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения брожение осуществляется при температуре приблизительно от 15°С приблизительно до 65°С, например при температуре приблизительно от 25°С приблизительно до 55°С, например при температуре приблизительно от 35°С приблизительно до 45°С.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения брожение выполняется в течение приблизительно от 5 до 15 дней, например в течение приблизительно от 7 до 10 дней.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения биогаз получают с использованием одной установки или большего числа установок с помощью микроорганизмов, предпочтительно с помощью популяции бактерий, и при анаэробном брожении органического материала. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в процессе брожения бактерии производят главным образом метан и углекислый газ, составляющий меньшую часть. Биогаз можно получать на одной установке или на большем числе установок, предпочтительно при бактериальном анаэробном брожении органического материала.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения биогаз получают в двух установках анаэробным бактериальным брожением органического материала, первоначально брожением с термофильными бактериями в первой установке, а затем сброженный в термофильных условиях органический материал направляют во вторую установку, в которой происходит брожение с мезофильными бактериями.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения термофильные условия реакции включают температуру реакции в пределах от 45°С до 75°С, например температуру реакции в пределах от 55°С до 60°С.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения мезофильные условия реакции включают температуру реакции в пределах от 20°С до 45°С, например температуру реакции в пределах от 30 °С до 35 °С. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения термофильная реакция так же, как и мезофильная реакция, протекает в течение приблизительно 5-15 дней, например, в течение приблизительно 7-10 дней.

Любое потенциальное пенообразование может быть уменьшено и/или исключено путем добавления полимеров, и/или растительного масла, и/или одной соли или большего числа солей, желательно в качестве растительного масла использовать рапсовое масло. Желательно, чтобы соли включали или по существу состояли из СаО и/или Са(ОН)₂.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения требуемая флокуляция веществ и частиц в процессе получения биогаза достигается добавлением ионов кальция, способных образовывать мостики кальция между органическими и неорганическими веществами в растворе или взвеси, при этом упомянутые мостики кальция способствуют образованию хлопьев из частиц. Добавление ионов кальция также приводит к осаждению ортофосфатов, включая растворенный (РО₄ ^3-), который в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения осаждается в виде фосфата кальция Са₃(РО₄)₂, при этом осажденный фосфат кальция остается взвешенным в иловом осадке.

Полученный биогаз может отводиться на газовый двигатель, способный вырабатывать тепло и/или электричество. Тепло можно использовать для нагрева автоклава с известью и/или бродильного аппарата, и/или реактора отделения азота, и/или одной установки или большего числа установок для получения биогаза для скотного двора и/или для обогрева жилых помещений, и/или для нагрева воды, которая используется в хозяйстве или в жилых помещениях. Электричество может быть продано в коммерческую электросеть. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения оставшийся отделенный азот, стерилизованный и сброженный органический материал могут вноситься в сельскохозяйственные земли.

Помимо: i) сокращения количества и/или устранения нежелательных микроорганизмов, ii) усовершенствования способа получения биогаза и iii) получения очень удобного в использовании, стерилизованного и сброженного органического материала с отделенным азотом, еще в одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения азотсодержащих удобрений из органических материалов, содержащих источник азота, при этом упомянутый способ включает этап i) сбора аммиака, содержащего азот, отделенного от органического материала на этапе отделения аммиака, этап ii) поглощения упомянутого аммиака, содержащего азот, в воде или растворе кислоты, предпочтительно серной кислоты, и этап iii) получения азотсодержащего удобрения, которое можно вносить в сельскохозяйственные земли.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен способ получения фосфорсодержащих удобрений из органических материалов, включающих источник фосфора, при этом упомянутый способ включает этап i) отвода илового осадка из бродильного аппарата для получения биогаза на вход сепаратора, этап ii) разделения сброженного органического материала, а также неорганического материала на твердую и жидкую фракции, этап iii) получения твердой фракции, включающей часть Р, предпочтительно в виде фосфата кальция Са₃(РО₄)₂, и органических фосфатов, взвешенных в иловом осадке, при этом упомянутая твердая фракция может использоваться в качестве фосфорного удобрения и вноситься в сельскохозяйственные земли.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве сепаратора, в котором сброженный органический материальный, а также неорганический материал разделяются на твердую и жидкую фракции, используется декантирующая центрифуга. Фосфорсодержащая твердая фракция может быть высушена с получением гранул, содержащих фосфорное удобрение, например, путем компостирования фосфорсодержащей фракции в компостной куче под воздухопроницаемой пленкой или покрытием.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения сбросная вода, полученная при производстве биогаза и отделенная от твердых компонентов, может многократно использоваться в силосовании, и/или в процессе обработки известью под давлением, и/или в процессе отделения азота, и/или в установке, для получения биогаза, и/или при очистке стойла, и/или вноситься в землю, и/или отводиться на обычную установку обработки иловых осадков.

Поэтому в другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения по существу чистой сбросной воды, при этом упомянутый способ включает этап i) получения с выхода сепаратора, предпочтительно декантирующей центрифуги, жидкой фракции, содержащей сбросную воду с очень ограниченным содержанием N и Р, предпочтительно меньше 5% в отношении массы к объему, например меньше 1% в отношении массы к объему, например меньше 0,1% в отношении массы к объему, например меньше 0,01% в отношении массы к объему, и по существу не содержащей никакие источники, способствующие распространению зооноза, вирусов животных, инфекционных бактерий, паразитов или других инфекционных агентов, включая BSE-прионы и другие прионы. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения сбросная вода может содержать меньше 10% N и Р, первоначально присутствующих в иловом осадке.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ получения калийсодержащих удобрений из органических материалов, включающих источник калия, при этом упомянутый способ включает этап i) отвода жидкой фракции от первого этапа разделения (используемого при разделении фосфорсодержащих органических материалов, как описано выше) на второй этап разделения, этап ii) отделения оставшегося органического и неорганического состава от жидкости, этап iii) получения калийсодержащей твердой фракции, при этом твердая фракция может использоваться как калийное удобрение и вноситься в сельскохозяйственные земли.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения на втором этапе калийсодержащая фракция пропускается через керамический микрофильтр, работающий в режиме попеременного аэрирования и фильтрации сбросной воды, при этом упомянутое аэрирование способствует разложению остатков органического материала и отстою неорганических хлопьев.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ получения чистой сбросной воды, при этом получаемая сбросная вода обрабатывается в системе аэробной обработки, способной удалять азот и фосфор и/или сокращать их содержание в воде, а также разлагать остатки органического материала и элементы, издающие запах, с получением сбросной воды, не содержащей по существу N и Р, при этом в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения сбросная вода при необходимости вноситься в сельскохозяйственные земли или циркулирует через скотные дворы.

Вышеупомянутое аэрирование может выполняться с использованием атмосферного воздуха в течение 2-4 недель при температуре приблизительно 20°С и отношении жидкой фракции к газообразной, равном приблизительно 1:2000. Весь удаляемый азот может собираться и отводиться к рассмотренной здесь абсорбционной колонне.

Учитывая возможность очистки скотных дворов обработанной таким способом сбросной водой, еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен способ улучшения санитарно-гигиенических условий содержания скотных дворов или стойла, при этом улучшение состоит в чистке стойла получаемой сбросной водой. Чистка включает чистку и мытье, например, свинарников, полов, решеток, каналов с навозом, потолков, вентиляционных каналов, очистку отработанного воздуха и т.д., а также сокращение поверхностей испускания запаха, аммиака и пыли, выбрасываемых в среду определенного места, включая стойло.

Очистка стойл в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения выполняется предпочтительно сбросной водой, полученной после брожения энергетической биомассы или полученной после брожения при производстве биогаза и разделения твердой и жидкой фракций, или сбросной воды, полученной на более поздних этапах системы.

В соответствии с этим аспектом настоящего изобретения можно также улучшить условия стойлового содержания животных, используя солому в качестве стойлового материала и структурного фуража. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов настоящего изобретения желательно направлять солому, содержащую органический материал, из стойла в автоклав с известью и перед дальнейшей обработкой выполнять гидролиз органического материала. Другая задача улучшения условий стойлового содержания животных состоит в обеспечении опрыскивания животных для уменьшения числа микроорганизмов, а также пыли в шерсти животных и одновременно в снижении температуры тела животных.

Предлагается способ, объединяющий анаэробное сбраживание навоза животных, энергетической биомассы и подобных органических субстратов, а также переработку питательных веществ, содержащихся в сброженной биомассе в удобрения коммерческого качества, и получение чистой сбросной воды.

Для этого комплексного способа, описанного выше, требуется система элементов или выбор элементов, описанных более подробно в другом месте.

Система по одному из аспектов включает:

i) первое устройство, предпочтительно скотные дворы или стойла для содержания и/или разведения животных, предпочтительно сельскохозяйственных животных, включая коров, свиней, крупный рогатый скот, лошадей, коз, овец и/или домашнюю птицу и т.п., и/или

ii) второе устройство, предпочтительно хотя бы одну установку для предварительной обработки органического материала, при этом упомянутый органический материал предпочтительно включает навоз животных и/или иловые осадки животноводства, и/или части растений, и при этом части растений предпочтительно включают один вид или большее число видов соломы, зерновых культур, остатков урожая, силоса, энергетической биомассы и возможно туши животных или их части, отходы скотобойни, мясокостную кормовую муку, плазму крови или любой продукт животного происхождения, опасный или не опасный с точки зрения возможного содержания BSE-прионов или других прионов, и/или

iii) третье устройство, предпочтительно энергоустановку, производящую повышенное количество энергии из биомассы, содержащей органический материал,

при этом в состав первого устройства входит:

a) система очистки полов, решеток, свинарников, каналов с навозом, каналов с жидкими отходами, животных, и вентиляционные каналы скотного двора или стойла, при этом чистка включает использование воды для очистки, и/или

b) система транспортировки воды для очистки возможно в виде илового осадка, содержащего воду для очистки и органический материал из скотного двора или стойла во второе устройство,

при этом в состав второго устройства входит:

а) первый резервуар предварительной обработки, предпочтительно резервуар отделения аммиака i) для отделения аммиака, содержащего азот, от илового осадка, отводимого с выхода первого устройства и подаваемого на вход второго устройства, или ii) для отделения аммиака, содержащего азот, от органического материала, отводимого с выхода дополнительного резервуара предварительной обработки второго устройства, при этом первый резервуар предварительной обработки может также использоваться для гидролиза органического материала, и/или

b) второй резервуар предварительной обработки, предпочтительно автоклав с известью для гидролиза илового осадка, содержащего органический материал, отводимого с выхода первого устройства и подаваемого на вход второго устройства, при этом упомянутый гидролиз приводит к удалению, инактивированию и/или сокращению количества любых жизнеспособных микроорганизмов и/или болезнетворных организмов, находящихся в иловом осадке, или его части, и/или

c) хотя бы один резервуар, предпочтительно резервуар силосования для получения силосованного растительного материала, содержащего зерно/кукурузу, энергетическую биомассу, свеклу и остатки урожая, и/или

d) хотя бы один второй резервуар, предпочтительно резервуар предварительного сбраживания для сбраживания силоса и/или органического материала после обработки известью под давлением, в котором можно выбирать условия брожения - мезофильные условия брожения и/или термофильные условия брожения,

при этом в состав третьего устройства входит:

a) хотя бы один бродильный аппарат для получения биогаза, на вход которого с выхода второго устройства подается иловый осадок и/или органический материал для сбраживания органического материала при мезофильных условиях брожения и/или термофильных условиях брожения, при этом упомянутое брожение приводит к получению биогаза, содержащего, главным образом, метан и/или

b) хотя бы один резервуар для сбора биогаза, при этом данный резервуар может по выбору подключаться либо к распределительной сети биогаза, либо к газовому двигателю, и/или

c) хотя бы один первый сепаратор, в качестве которого предпочтительно использовать декантарующую центрифугу, в котором сброженный материал с выхода хотя бы одного бродильного аппарата для получения биогаза разделяется на жидкую фракцию в виде сбросной воды и на твердую фракцию, при этом упомянутая твердая фракция содержит твердый фосфорсодержащий органический и неорганический материал, и/или

d) хотя бы один второй сепаратор, в качестве которого предпочтительно использовать керамический микрофильтр, в котором предпочтительно аэрированием и фильтрацией проходит дальнейшую обработку сбросная вода с выхода хотя бы одного первого сепаратора, при этом в результате упомянутой обработки удаляются хотя бы некоторые, но предпочтительно большая часть одного компонента или большего количества компонентов, издающих запах, соединения азота (N) и калия (К), при этом упомянутая сепарация также приводит к образованию сбросной воды, содержащей уменьшенное количество любого одного компонента или большего количества компонентов, издающих запах, соединений азота (N) и калия (К) по сравнению с их количеством до разделения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения система включает трубопровод, составляющий замкнутую систему, что предотвращает или приводит к сокращению выбросов пыли, микроорганизмов, аммиака, воздуха, жидкости или любой другой составляющей в пределах системы.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения жидкие фракции или сбросная вода с выхода одного или большего количества резервуаров, включая хотя бы один резервуар силосования, хотя бы один резервуар предварительного сбраживания, хотя бы один бродильный аппарат для получения биогаза, хотя бы один первый сепаратор и хотя бы один второй сепаратор используется повторно для очистки скотного двора или стойла.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения жидкие фракции или сбросная вода с выхода одного или большего количества резервуаров, включая хотя бы один резервуар силосования, хотя бы один резервуар предварительного сбраживания, хотя бы один бродильный аппарат для получения биогаза, хотя бы один первый сепаратор и хотя бы один второй сепаратор используется повторно на любом этапе разделения илового осадка и системы получения биогаза для содержания органического материала в надлежащем жидком состоянии.

Перед подачей упомянутого органического материала в резервуар отделения аммиака для отделения аммиака, содержащего азот, к органическому материалу можно добавить известь, включая СаО и/или Са(ОН)₂, делать это можно в сочетании с нагревом и аэрированием илового осадка, включая органический материал, при этом желательно добавлять такое количество извести, чтобы увеличить рН до уровня приблизительно от 10 до приблизительно 12.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения органический материал остается в резервуаре отделения аммиака в течение 5-10 дней, например 7 дней. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения температура в резервуаре отделения аммиака сохраняется на уровне от 60°С до 80°С. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в резервуаре отделения аммиака или перед подачей упомянутого органического материала в резервуар отделения аммиака на 1 кг сухого вещества органического материала добавляется приблизительно от 30 до 60 граммов Ca(OH)₂.

В системе предусмотрен сбор отделенного аммиака, содержащего азот, из резервуара отделения аммиака, и его отвод на вход колонны, в которой аммиак, содержащий азот, поглощается в воде или растворе кислоты, предпочтительно серной кислоты, а также может быть предусмотрено хранение поглощенного аммиака в резервуаре. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения азот, поглощенный в воде или кислотном растворе, может использоваться в качестве удобрения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве автоклава с известью в системе применяется устройство, которое способно разделять органический материал на части и затем направлять разделенный на части органический материал в камеру, где разделенный на части органический материал нагревается и одновременно подвергается действию высокого давления из-за высокой температуры. До или после подачи органического материала в автоклав к нему добавляется известь, включая СаО и/или Са(ОН)₂.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в автоклав добавляется СаО в количестве от 5-10 г на 1 кг сухого вещества органического материала. Система работает при температуре от 100°С до 220°С, например при температуре от 180°С до 200°С. Температура зависит от того, какой вид органического материала обрабатывается: чем выше выбираемая температура, тем выше содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в органическом материале; или выбор более высокой температуры указывает на то, что существует более высокая опасность заражения инфекционными микроорганизмами или болезнетворными организмами, включая BSE-прионы.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения давление находится на уровне от 2 до 16 бар, например от 4 до 16 бар, например от 6 до 16 бар, например от 10 до 16 бар. Система работает при высокой температуре в течение приблизительно 5-10 минут, но может также применяться и более долгое время обработки.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения аммиак, содержащий азот, удаленный в автоклаве с известью, собирается и отводится в колонну и поглощается в ней, как это было описано.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения перед подачей материала в резервуар отделения аммиака в системе предусмотрена подача силоса, например кукурузы, энергетической биомассы, свеклы, и/или остатков урожая, на вход резервуара мезофильного или термофильного брожения.

Перед подачей материала в резервуар отделения аммиака в системе может быть также предусмотрена подача органического материала из автоклава с известью на вход резервуара мезофильного или термофильного брожения.

В системе также предусмотрена оптимизация процесса брожения органического материал и получения биогаза с помощью установки предварительной обработки, в состав которой входят установки отделения аммиака, содержащего азот, и/или щелочного гидролиза при заданных технологических параметрах, включая уровень рН, температуру, аэрирование, продолжительность, подавление пенообразования и флокуляцию взвешенного материала.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения в системе обеспечены оптимальные условия для популяции микроорганизмов, содержавшихся в бродильных аппаратах, для получения биогаза. Эти условия достигаются, например, путем подачи стерилизованного или прошедшего санитарную обработку илового осадка с выхода резервуара отделения аммиака на вход хотя бы первого бродильного аппарата для получения биогаза, при этом стерилизованный или обеззараженный иловый осадок не подавляет популяцию микроорганизмов, производящих биогаз в бродильном аппарате для получения биогаза. В частности органический материал, от которого отделяется азотсодержащий аммиак, может направляться в реактор для получения биогаза, в котором поддерживаются условия мезофильного брожения. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения после того, как органический материал подвергается мезофильному брожению, он направляется на вход другого реактора системы для получения биогаза, в котором поддерживаются условия термофильного брожения.

Условия термофильной реакции включают температуру реакции в пределах приблизительно от 45°С до 75°С, например температуру реакции в пределах приблизительно от 55°С до 60°С. Условия мезофильной реакции включают температуру реакции в пределах приблизительно от 20°С до 45°С, включая температуру реакции в пределах приблизительно от 30°С до 35°С.

Как термофильная, так и мезофильная реакции осуществляются в системе приблизительно хотя бы за 5-15 дней, например приблизительно хотя бы за 7-10 дней, предпочтительно хотя бы за 7 дней.

В состав системы входят устройства, способные предотвращать пенообразование, при этом данные устройства могут вводить, например, полимеры и/или растительные масла, включая рапсовое масло, и/или различные соли, включая соли, содержащие СаО и/или Са(ОН)₂.

Система позволяет многократно использовать хотя бы часть сброженного органического материала из реакторов для получения биогаза в тех же самых реакторах, при этом сброженный органический материал используется в качестве микробного затравочного материала популяции микроорганизмов, обеспечивающих брожение.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения иловый осадок, включающий жидкость, содержащую твердые фракции, может направляться на вход первого сепаратора для отделения твердых материалов, включающих ограниченную долю жидкости, от основной части жидкой фракции. Упомянутая твердая фракция содержит фосфорсодержащий органический и неорганический материал. Упомянутая твердая фракция может быть также высушена и входить в состав удобрения. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве первого сепаратора системы используется декантирующая центрифуга.

В предложенной системе сбросная вода с выхода первого сепаратора обрабатывается во втором сепараторе, при этом упомянутый второй сепаратор состоит из керамических микрофильтров, в которых сбросная вода с выхода первого сепаратора обрабатывается аэрированием и фильтрацией, при этом могут удаляться остатки любых компонентов, издающих запах, остатки любых составов азота и/или любых калийсодержащих компонентов, оставляя чрезвычайно чистую сбросную воду, не содержащую по существу остатки ни одного из упомянутых компонентов.

Система позволяет отводить сбросную воду с выхода термофильного реактора для получения биогаза или с выхода первого и/или второго сепаратора и направлять ее на сельскохозяйственные поля, на установку обработки сточных, или очистную установку, или установку биологической обработки или, при необходимости, на дальнейшую очистку.

Система или способы по настоящему изобретению могут использоваться:

для исключения или уменьшения выброса в окружающую среду пыли, микроорганизмов, аммиака, загрязненного воздуха, жидкости или любого другого вещества системы, особенно из скотных дворов;

для улучшения использования энергии, содержавшейся в биомассе, включая органический материал;

для усовершенствования получения биогаза, содержащего метан и несущий метан газ. Упомянутый газ может храниться в резервуаре на месте и/или может быть направлен в коммерческую распределенную газовую сеть;

для получения отдельных фракций азота (N), фосфора (Р) и возможно калия (К) из органических материалов. Упомянутые фракции имеют коммерческое значение и могут использоваться в качестве удобрения в сельскохозяйственных и садоводческих угодьях;

для улучшения условий содержания животных и санитарно-гигиенических условий в стойлах и соответственно отдачи упомянутых стойл. Упомянутая отдача включают навоз, иловый осадок и животных, отправляемых на убой. Чистые животные уменьшают риск инфекционного заражения мяса животных, отправляемых на убой;

для получения технологий, позволяющих удалять туши животных или их части, мясокостную кормовую муку или любой другой продукт животноводства в сельскохозяйственные земли в виде переработанных удобрений и, таким образом, извлекать выгоду из микро- и макропитательных веществ, находящихся в животноводческой продукции, в сельскохозяйственной или садоводческой растительной продукции.

Изобретение относится к анаэробному сбраживанию навоза животных, энергетической биомассы и тому подобных органических субстратов. Способ включает получение органического материала, содержащего твердую и/или жидкую фракции; обработку упомянутого органического материала на этапе обработки известью под давлением при температуре от 100 до 220°С, приводящий к гидролизу органического материала, при этом известь состоит из Са(ОН)₃ и/или СаО, и на этапе отделения аммиака от упомянутого материала, обработанного известью под давлением. При этом известь, добавляемая для отделения аммиака и обеззараживания органического материала, осаждает растворенный ортофосфат. Технический эффект - получаемый обработанный органический материал характеризуется пониженным количеством жизнеспособных микроорганизмов и/или прионов, позволяющий перерабатывать питательные вещества, содержащиеся в сброженной биомассе, в удобрение коммерческого качества. 2 н. и 123 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Способ снижения количества жизнеспособных микроорганизмов и/или прионов в органическом материале, включающий

i) получение органического материала, содержащего твердую и/или жидкую фракции;

ii) обработку упомянутого органического материала, включая

a) этап обработки известью под давлением при температуре 100 - 220°С, приводящий к гидролизу органического материала, при этом известь состоит из Са(ОН)₂ и/или СаО, и

b) этап отделения аммиака от упомянутого материала, обработанного известью под давлением,

при этом известь, добавляемая в связи с отделением аммиака и обеззараживанием органического материала, осаждает растворенный ортофосфат, и

iii) получение обработанного органического материала, содержащего уменьшенное количество жизнеспособных микроорганизмов и/или прионов.

i) первое устройство, предпочтительно скотные дворы или стойла для содержания и/или разведения животных, предпочтительно сельскохозяйственных животных, включая коров, свиней, крупный рогатый скот, лошадей, коз, овец и/или домашнюю птицу, и т.п., и/или

ii) второе устройство, предпочтительно хотя бы одну установку для предварительной обработки органического материала, при этом упомянутый органический материал предпочтительно включает навоз животных и/или иловые осадки животноводства, и/или части растений, и при этом части растений предпочтительно включают один вид или большее число видов соломы, зерновых культур, остатков урожая, силоса, энергетической биомассы, и возможно туши животных или их части, отходы скотобойни, мясокостную кормовую муку, плазму крови или любой продукт животного происхождения, опасный или не опасный с точки зрения возможного содержания BSE-прионов или других прионов, и/или

iii) третье устройство, предпочтительно энергоустановку, производящую повышенное количество энергии из биомассы, содержащей органический материал, при этом в состав первого устройства входит

a) система очистки полов, решеток, свинарников, каналов с навозом, каналов с жидкими отходами, животных, и вентиляционные каналы скотного двора или стойла, при этом чистка включает использование воды для очистки, и/или

b) система транспортировки воды для очистки возможно в виде илового осадка, содержащего воду для очистки и органический материал из скотного двора или стойла во второе устройство,

при этом в состав второго устройства входит

a) первый резервуар предварительной обработки, предпочтительно резервуар отделения аммиака i) для отделения аммиака, содержащего азот, от илового осадка, отводимого с выхода первого устройства и подаваемого на вход второго устройства, или ii) для отделения аммиака, содержащего азот, от органического материала, отводимого с выхода дополнительного резервуара предварительной обработки второго устройства, при этом первый резервуар предварительной обработки может также использоваться для гидролиза органического материала, и/или

b) второй резервуар предварительной обработки, предпочтительно автоклав с известью для гидролиза илового осадка, содержащего органический материал, отводимого с выхода первого устройства и подаваемого на вход второго устройства, при этом упомянутый гидролиз приводит к удалению, инактивированию и/или сокращению количества любых жизнеспособных микроорганизмов и/или болезнетворных организмов, находящихся в иловом осадке, или его части, и/или

c) хотя бы один резервуар, предпочтительно резервуар силосования для получения силосованного растительного материала, содержащего зерно/кукурузу, энергетическую биомассу, свеклу и/или остатки урожая, и/или

d) хотя бы один второй резервуар, предпочтительно резервуар предварительного сбраживания для сбраживания силоса и/или органического материала после обработки известью под давлением, в котором можно выбирать условия брожения между мезофильными условиями брожения и/или термофильными условиями брожения, при этом в состав третьего устройства входит

a) хотя бы один бродильный аппарат для получения биогаза, на вход которого с выхода второго устройства подается иловый осадок и/или органический материал для сбраживания органического материала при мезофильных условиях брожения, и/или термофильных условиях брожения, при этом упомянутое брожение приводит к получению биогаза, содержащего, главным образом, метан, и/или

b) хотя бы один резервуар для сбора биогаза, при этом данный резервуар может по выбору подключаться либо к распределительной сети биогаза, либо к газовому двигателю, и/или

c) хотя бы один первый сепаратор, в качестве которого предпочтительно использовать декантирующую центрифугу, в котором сброженный материал с выхода хотя бы одного бродильного аппарата для получения биогаза разделяется на в основном жидкую фракцию в виде сбросной воды, и на в основном твердую фракцию, при этом упомянутая твердая фракция содержит твердый фосфорсодержащий органический и неорганический материал, и/или

d) хотя бы один второй сепаратор, в качестве которого предпочтительно использовать керамический микрофильтр, в котором предпочтительно аэрированием и фильтрацией проходит дальнейшую обработку сбросная вода с выхода хотя бы одного первого сепаратора, при этом в результате упомянутой обработки удаляются хотя бы некоторые, но предпочтительно большая часть одного компонента или большего количества компонентов, издающих запах, соединения азота (N) и калия (К), при этом упомянутая сепарация также приводит к образованию сбросной воды, содержащей уменьшенное количество любого одного компонента или большего количества компонентов, издающих запах, соединений азота (N) и калия (К) по сравнению с их количеством до разделения.

Приоритет установлен от 01.02.2001 по пп.1-125 с уточнениями от 22.08.2000.