Способ приготовления органиеского удобрения Советский патент 1993 года по МПК C05F3/00 C02F11/04 

Изобретение относится к области переработки органических отходов методами экологической биотехнологии и может быть использовано для приготовления органиче ского удобрения из отходов сельскохозяйственного производства и бытовых.

За аналог принят способ анаэробного сбраживания осадка сточных вод в метантенке с жестким перекрытием. Осадок загружают в метантенк и перемешивают мешалками. Сбраживание производят анаэробные бактерии. Они расщепляют слож- ные органические соединения (жиры, белки и углеводы), содержащиеся в осадке, сначала до кислот жирного ряда, а затем до соединений, которые могут усваиваться растениями, выделяют биогаз и тепло. Обладающий топливными свойствами биогаз сжигают в котельной, а полученное тепло используют главным образом на подогрев осадка в метантенке до температур мезо- фильного (30-35°С) или термофильного (50- 55° С) режимов сбраживания. Подогрев

осуществляют впрыском в осадок полученного в котельной острого водяного пара низкого давления и температуры 100-110°С.

Известно, чем выше степень распада высокомолекулярных органических соединений в удобрении, тем оно качественнее, т.к. лучше усваивается растениями. Недостатком способа анаэробного сбраживания осадка сточных вод в метантенке с жестким перекрытием является низкая степень распада органических соединений, в среднем менее 40%. Одна из причин этого - перемешивание осадка мешалками, из-за чего свежий осадок попадает в осадок, идущий на выгрузку. Другим недостатком являются потери тепла, которое вырабатывает микронаселение метантанка, и тепла, которое подают на подогрев осадка, из-за отсутствия, как правило, эффективной теплоизоляции вокруг метантенка. Недостатком является и то, что барботаж осадка острым паром причиняет вред анаэробным бактериям и увеличивает влажность осадка.

(Л

С

х

Ю

ю

о

О)

За прототип принят способ двухстадий- ного анаэробного сбраживания осадка сточ- ных вод. Осадок непрерывно, иловым насосом вначале направляют в метантенк первой ступени, где осуществляют началь- ную кислотную стадию анаэробного сбраживания, сопровождаемую разложением белков, жиров и углеводов с образованием, в основном, кислот жирного ряда, Затем в метантенк второй ступени, где осуществля- ют щелочную стадию сбраживания и завершают цикл его обработки, после чего осадок приобретает стабильность, необходимую для его подсушивания и дальнейшей утилизации. Во второй стадии щелочного или ме- танового сбраживания из конечных продуктов первой стадии в результате жизнедеятельности метанообразующих бактерий выделяются в основном метан и угольная кислота. Образующийся в процес- се сбраживания биогаз состоит из метана (60-67%) и двуокиси углерода (30-33%), содержание водорода не превышает 1-2%, азота - 0,5%. Удельный выход биогаза зависит от содержания органических соедини- ний в осадке и составляет 10-15 м3 на 1 м3 осадка. Биогаз из метантенков направляют на сжигание в котельную, а полученное тепло используют главным образом на подогрев метантенков до температур мезо- фильного или термофильного режимов сбраживзния. Перед подачей на сжигание из биогаза извлекают двуокись углерода, за счет чего содержание метана в нем доводят до 95-96%. Часть обогащенного биогаза возвращают в метантенк второй ступени посредством барботажа через крупнопузырчатые диспергаторы, установленные в нижней части метантенка. Барботаж сбра- живаемого осадка газовой смесью с повы- шенным содержанием метана эффективно ее перемешивает, тем самым способствует процессу газовыделения и- ускоряет деятельность метанообразующих бактерий, которая, в конечном итоге, определяет скорость процесса сбраживания и, следовательно, рабочий объем метантенков.

Недостатком прототипа является относительно низкая производительность получения продуктов переработки, которая во многом лимитируется скоростью кислотной стадии сбраживания.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно повышение производительности процесса приготовления удобрения.

Цель достигается тем, что органические отходы подвергают анаэробному двухста- дийному, кислотному и щелочному сбражи- еанию. при барботаже их на щелочной

стадии сбраживания биогазом, на кислотной стадии сбраживания органические отходы барботируют биогазом, имеющим температуру 27-60°С.

На чертеже изображена установка, которая приготавливает органическое удобрение по предлагаемому способу.

Установка состоит из вертикально уста-; новленного метантенка 1, оборудованного диспергаторами 2, рассекателем 3, загрузочным бункером 4, гидрозатвором 5, трубопроводами загрузки органических отходов 6, выгрузки готового удобрения 7, отвода биогаза 8, подвода биогаза на бар- ботаж 9, запорными вентилями 10, 11, 12 и теплоизоляцией 13; осушителя биогаза 14, компрессора 15, ресивера 16, запорного вентиля 17 и регулирующего вентиля 18, трубопровода отвода биогаза на утилизацию 19, нагревателя биогаза 20.

Установка работает следующим образом.

Органические отходы для сбраживания загружают в загрузочный бункер 4, откуда они под собственным весом продавливаются через гидрозатвор 5 и трубопровод загрузки 6 в верхнюю часть метантенка 1. Рассекатель 3 обеспечивает более равномерное распределение отходов по сечению метантенка. Разложение органических отходов производят анаэробные бактерии. Выделяющийся биогаз скачивают из газовой полости метантенка по трубопроводу 8 через вентиль 11 и осушитель биогаза 14 компрессором 15 в ресивер 16, откуда через запорный вентиль 17 и трубопровод 19 его отводят на утилизацию. Часть накопленного в ресивере 16 биогаза направляют через запорнорегулирующий вентиль 18 к нагревателю биогаза 20. В нем биогаз нагревают до температуры в пределах 27- 60°С и по трубопроводу 9 с запорным вентилем 12 подводят его в метантенк к диспергаторам 2. Выходящим из дисперга- торов 2 подогретым биогазом барботируют органические отходы, за счет чего ускоряют процессы их щелочного и кислотного сбраживания и тем самым повышают степень распада органики в готовом удобрении за период сбраживания, т.е. повышают качество готового удобрения. Теплоизоляция 13 сохраняет тепло, выделяемое анаэробными бактериями и подводимое по трубопроводу 9 подогретым биогазом. Приготовленное органическое удобрение выгружают из метантенка 1 по трубопроводу 7 с вентилем 10.

Сбраживание на кислотной и щелочной стадиях выполняют анаэробные бактерии разных видов. Кислотное брожение осуществляют бактерии одних видов в верхней части метантенка 1. Продукты их жизнедеятельности затем сбраживают бактерии других видоо на последней щелочной стадии, протекающей в нижней части метантенка 1. Таким образом, по способу,кислотная и щелочная стадии протекают в разных местах метантенка 1, а отношения между бактериями разных видов являются симбио- тическими, т.е. основанными на взаимной пользе.

Для ускорения процесса сбраживания за счет получения максимального количества бактерий их, по предлагаемому способу, выращивают в условиях так называемой проточной культуры. Выгрузка готового удобрения по трубопроводу 7 постепенно переводит каждую загруженную порцию свежих отходов из зоны кислотного брожения в зону щелочного, одновременно бактерии непрерывно изменяют ее качественно. Барботаж отходов подогретым биогазом перемешивает отходы локально, почти не перемешивая их слои, что не причиняет ущерба порядку сбраживания и ускоряет процесс. При установившемся процессе анаэробные бактерии в результате своей жизнедеятельности устанавливают температурный градиент по высоте метантенка, с минимальной температурой вверху и максимальной внизу. Наиболее предпочтительными температурами для активной жизнедеятельности большинства известных анаэробных бактерий являются температуры из интервала 27-60°С,

Установка, реализующая предлагаемый способ, обладает другими преимуществами

перед аналогом и прототипом. Повышением эффективности теплоизоляции метантенка 1 потери тепла в окружающую среду можно сделать минимальными. Отсутствие в метантенке 1 всякого рода механических активаторов, перемешивающих слои биомассы, снижает энергозатраты и повышает степень разложения органики в готовом удобрении. Отходы продавливаются из бункера 4 под

собственным весом. Наличие гидрозатвора 5 позволяет производить разовые операции загрузки отходов без вскрытия метантенка 1 и его.рстановки. Выгрузка удобрения производится под собственным весом, нет затрат энергии на перемещение биомассы в метантенке. Барботаж подогретым биогазом не увеличивает влажность перерабатываемых отходов.

Повышение качества удобрения и производительности процесса сбраживания достигают по способу созданием благоприятных условий для жизнедеятельности анаэробных бактерий, непричинением им вреда, сохранением высвобождаемой ими

энергии.

Формула изобретения Способ приготовления органического удобрения, включающий анаэробное двухстадийное, кислотное и щелочное, сбражи- вание органических отходов при барботаже их на щелочной стадии сбраживания биогазом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, на кислотной стадии сбраживания органические отходы барботируют биогазом, имеющим температуру 27-60°С.

Использование: изобретение относится к переработке органических отходов методами экологической биотехнологии и может быть использовано для приготовления органического удобрения из отходов сельскохозяйственного производства и бытовых, Цель: повышение производительности процесса приготовления удобрения. Сущность изобретения: на кислотной стадии сбражи- вания органические отходы барботируют биогазом, имеющим температуру 27-60°С. Положительный эффект: увеличивается скорость кислотной стадии сбраживания и производительность всего процесса, барботаж отходов подогретым биогазом не увеличивает влажность выгружаемого удобрения, 1 ил.