Установка для переработки органических отходов

 

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в устройствах для сбраживания помета птиц. Сущность изобретения: устройство реактора для сбраживания помета имеет приспособления для перемешивания и иммобилизующие устройства. На выходе теплообменника установлен смеситель. Приспособление для мокрой очистки топочных газов расположен на выходе сушилки твердой фракции. Выделившийся при сбраживании биогаз сжижается в топке и используется для сушки твердой фракции сброженного помета. Отработанные топочные газы подвергают мокрой очистке. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к переработке отходов животноводства и птицеводства, например экскрементов птиц, для получения органического удобрения и биогаза, и может быть использовано на биоэнергетических установках птицеводческих ферм.

Создание крупных птицеводческих и животноводческих комплексов привело к резкому обострению проблемы переработки их отходов. Практически весь вырабатываемый навоз сбрасывается в неприспособленные для хранения места, что вызывает отравление поверхностных и подземных водоемов, нитратное загрязнение сельскохозяйственной продукции, а также распространение заболеваний человека и животных.

Анаэробная обработка отходов птицеводства с последующим разделением сброженной массы на жидкую и твердую фракции позволяет решать проблемы концентрирования, обеззараживания и дезодорации перед их использованием в качестве органического удобрения.

Известно устройство для анаэробной обработки сточных вод и осадка очистных сооружений, снабженное перегородками, причем каждая из двух секций перемешивается как при помощи механического перемешивающего устройства, так и при помощи биогаза, отходящего от соответствующей секции. Однако организация перемешивания ферментационной среды при помощи механического перемешивающего устройства имеет тот существенный недостаток, что, как правило, не удается достичь полной герметизации сальникового уплотнения вала перемешивающего устройства. Кроме того, барботаж биогаза через ферментационную среду может привести к ретроингибированию (ингибированию конечным продуктом) процесса метаногенеза.

Известен также способ приготовления органического удобрения из навоза путем разжижения навоза, его сбраживания в метантенках с нагревом путем сжигания образующегося газа и последующего разделения сброженного навоза на фракции, причем жидкую фракцию охлаждают в теплообменнике, в который подают предварительно разжиженный и смешанный свежий навоз с частью охлажденной в теплообменнике жидкой фракции сброженного навоза, тогда как оставшуюся часть жидкой фракции направляют в хранилище или на поля.

Недостатком способа является то, что в качестве органического удобрения используется твердая фракция сброженного навоза без дополнительной обработки, т.е. с достаточно низким (до 30-35%) содержанием сухого вещества. Это приводит к уменьшению содержания биогенных элементов (азот, фосфор, калий) и к малой устойчивости удобрения при хранении. Избежать этих недостатков позволяет дополнительное снижение влаги в удобрении, например, путем его сушки.

Известна также установка для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов. Отличительными особенностями этой установки являются применение пресса-отделителя волокнистых частиц, установленного после первой ступени сбраживания, а также использование в качестве иммобилизующего устройства вертикальных стержней капроновых щеток, установленных по окружности у внутренней стенки камеры. Кроме того, система перемешивания камеры первой ступени выполнена в виде механической мешалки, а перемешивание в аппарате второй ступени осуществляется барботажем биогаза через кольцевой патрубок.

Процесс сбраживания органических отходов в этой установке имеет ряд недостатков.

1. Отделение твердых волокнистых частиц после первой ступени сбраживания не представляется целесообразным по ряду причин: во-первых, происходят потери органического вещества навоза при удалении волокнистых частиц, так как последние составляют значительную часть массы органических отходов, в частности навоза (до 15-20% по массе); во-вторых, в отношении удаляемой части не обеспечивается санитарно-экологический эффект от анаэробной обработки навоза, так как в течение времени протекания реакций первой стадии сбраживания не происходит достаточного уничтожения патогенной микрофлоры, яиц гельминтов и семян сорняков, содержащихся в исходном навозе и особенно в удаляемых твердых частицах; в-третьих, удаление части органических отходов, уже нагретой на первой ступени сбраживания, не приводит к экономии тепла.

2. Организация перемешивания при помощи механической мешалки также имеет ряд недостатков: наличие движущихся частей перемешивающего устройства снижает надежность последнего в работе; ненадежность герметизации аппарата из-за наличия узла уплотнения вала мешалки и, как следствие, повышенная взрывоопасность; неоправданные энергозатраты из-за больших объемов перемешиваемой жидкости и ее высокой вязкости.

3. Барботаж биогаза через кольцевой патрубок лишен ряда недостатков, изложенных в п.2, однако не в состоянии обеспечить интенсивное перемешивание и массообмен, так как имеет низкое значение вводимой энергии, по которой ведется сопоставление способов перемешивания.

4. Использование в качестве иммобилизующего устройства капроновых ершей приводит к закреплению относительно малого количества биомассы, так как ерши имеют недостаточно развитую удельную поверхность, кроме того, при их эксплуатации в средах с высоким содержанием твердых частиц наблюдается их обволакивание и обрастание биомассой.

С целью повышения эффективности процесса анаэробного сбраживания помета за счет уменьшения потерь продукта при сушке, более полного использования тепла сброженного субстрата и тепла отходящих от сушилки газов, частичного рецикла микрофлоры с жидкой фракцией, эффективного удержания в аппарате микроорганизмов брожения предлагается настоящая установка для анаэробного сбраживания органических отходов, в частности куриного помета.

На чертеже приведена технологическая схема установки для анаэробного сбраживания органических отходов.

Установка включает пометосборник 1, насос 2 для подачи помета, теплообменник 3, смеситель 4 для разбавления помета до требуемой концентрации, реактор 5 первой ступени сбраживания, реактор 6 второй ступени сбраживания, устройство 7 для разделения сброженного помета на фракции, газгольдер 8 для хранения биогаза, топку 9 для сжигания биогаза, сушильную установку 10, мокрый скруббер 11 для очистки отходящих газов.

Реакторы обеих ступеней сбраживания снабжены контуром рециркуляции ферментационной среды, включающим центробежный насос 12, теплообменник 13 и сопло 14, установленное в днище реакторов. В верхней части реакторов расположено иммобилизационное устройство 15.

Кроме того, установка включает емкость 16 для сбора и хранения жидкой фракции, емкость для хранения высушенной твердой фракции 17.

Установка работает следующим образом.

Ежедневно суточная порция исходного помета (величиной от 1/10 до 1/4 массы помета, находящегося в установке) из пометосборника 1 насосом 2 подается через теплообменник 3 в смеситель 4, в котором он разбавляется водой и жидкой фракцией сброженного помета до требуемой влажности, преимущественно от 80 до 95% В теплообменнике 3 происходит теплообмен поступающего свежего помета с частью жидкой фракции сброженного помета, поступающей в емкость 16 для хранения фильтрата. Разбавленный до требуемой концентрации помет поступает в реактор 5 первой ступени сбраживания, в котором протекают реакции гидролиза растительных полимеров и кислотообразования с последующим образованием уксусной кислоты и водорода. Затем массу передают в реактор 6 второй ступени сбраживания, в котором из образовавшейся уксусной кислоты и водорода происходит генерация метана и углекислого газа, входящих в состав биогаза. В течение всего цикла сбраживания биогаз из реакторов обеих ступеней отбирается и хранится в газгольдере 8, откуда подается в топку 9 для его сжигания. Горячие топочные газы из топки 9 поступают в сушильную установку 10, где они используются для сушки твердой фракции сброженного помета, после чего попадают в мокрый скруббер 11, в котором происходит очистка отработавших топочных газов от частиц твердой фазы и утилизация их остаточного тепла.

Одновременно с загрузкой порцию сброженного помета в количестве, равном суточной порции загружаемого разбавленного помета, передают на устройство 7 для разделения помета на твердую и жидкую фракции, например барабанный вакуум-фильтр. Твердая фракция помета передается в сушильную установку 10, где происходит удаление избыточной влаги. Величина остаточной влажности (не выше 10-20% ) должна обеспечить сохранность полученного органоминерального удобрения и постоянства содержания его основных элементов (азот, фосфор, калий). Высушенная твердая фракция передается в емкость 17 для хранения. Часть жидкой фракции, полученной при разделении сброженного помета, в количестве 10-50% от массы воды, необходимой для разбавления разовой порции исходного помета до требуемой концентрации, подается в мокрый скруббер 11, где при контакте с отходящими топочными газами жидкая фракция улавливает частицы высушенной твердой фазы, нагревается за счет утилизации тепла отработавших топочных газов и подается в смеситель 4, в котором смешивается с поступающим свежим пометом. Другая часть жидкой фракции подается в теплообменник 3, отдавая свое тепло поступающему исходному помету, после чего накапливается в емкости 16 для накопления и хранения жидкой фракции.

Поддержание температурного режима в реакторах 5 и 6 обеих ступеней сбраживания осуществляется при помощи горячей воды, подаваемой в теплообменники 13, расположенные в контуре рециркуляции ферментационной среды.

Перемешивание в реакторах 5 и 6 осуществляется непрерывно в течение всего цикла сбраживания при помощи ввода ферментационной среды рециркуляционными насосами 12 через сопло 14 тангенциально в нижнюю часть биореакторов 5 и 6, что позволяет организовать более интенсивный теплообмен и гомогенизацию ферментационной среды, и таким образом интенсифицировать процесс метаногенеза.

Иммобилизационное устройство 15 представляет собой слой колец из инертного материала (например поливинилхлорида, полиэтилена или какого-либо другого), расположенный между двумя съемными решетками, закрепленными в верхней части слоя ферментационной жидкости в аппаратах обеих стадий сбраживания. Иммобилизационное устройство служит для закрепления осуществляющей метаногенез микрофлоры в аппарате.

Использование предлагаемой установки для сбраживания органических отходов позволяет: экономить энергоносители за счет утилизации тепла сброженного помета, а также тепла топочных газов, отходящих от сушильной установки; экономить чистую воду на стадии разбавления исходного помета за счет повторного использования (реутилизации) жидкой фракции, образующейся на стадии разделения сброженной массы; стимулировать процесс брожения путем частичной замены водопроводной воды, используемой для разбавления помета, на жидкую фракцию, содержащую элементы питания микроорганизмов, в том числе фосфор, калий, микроэлементы;
ускорять процесс брожения за счет возврата в метантенк с жидкой фракцией части микроорганизмов, содержавшихся в сброженой массе;
улучшить теплообмен в процессе разбавления исходного помета за счет удаления твердой фракции из сброженного помета.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ, преимущественно куриного помета, содержащая сборник исходного помета, соединенный посредством насоса и теплообменника с реакторами сбраживания помета, имеющими приспособления для перемешивания и иммобилизующие устройства, разделитель сброженного помета на твердую и жидкую фракции, газгольдер, соединенный с реакторами сбраживаемого помета и топкой для сжигания биогаза, сушилку твердой фракции, патрубки отвода твердой и жидкой фракций, накопитель жидкой фракции, насосы, отличающаяся тем, что она снабжена установленным на выходе теплообменника смесителем и приспособлением для мокрой очистки топочных газов, расположенным на выходе сушилки твердой фракции, которая посредством патрубка отвода твердой фракции соединена с разделителем помета на твердую и жидкую фракции, при этом разделитель посредством патрубков отвода жидкой фракции соединен со смесителем и приспособлением для мокрой очистки топочных газов, а также через указанный теплообменник с накопителем жидкой фракции.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приспособление для перемешивания каждого реактора выполнено в виде соединенных между собой центробежного насоса и теплообменника, а также сопла, при этом насос установлен на выходе реактора, а сопло на выходе теплообменника в днище реактора.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что иммобилизующее устройство выполнено в виде расположенного в верхней части реактора набора колец Рашига, установленных между размещенными в корпусе реактора решетками, при этом кольца выполнены из инертного полимерного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1