Способ массовой переработки биоотходов с получением газа метана и сельхозудобрений
Использование: относится к биотехнологии, а именно к технической биоэнергетике. Позволяет сократить сроки переработки биоотходов. Домашний, городской и сельскохозяйственный мусор в несортированном виде загружают в решетчатые стеллажи слоем 50-70 см, распределяя твердые включения для обеспечения рыхлости. После чего бродильная камера герметизируется. Каждые 1,5-2 часа автоматически мусорная масса увлажняется, и в начальной стадии брожения обеспечивается температура в камере до + 55°С системой подогрева. После 8-10 дней процесс брожения заканчивается, метан окончательно отсасывается компрессором в газгольдер и начинается сортировка: 10% полученного удобрения при этом оставляется для затравки следующей заправки. Мягкие и твердые пластмассовые включения откладываются для использования их в дальнейшем в качестве сырья при изготовлении нужных хозяйственных вещей: тары, емкостей, шлангов и пр. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к биотехнологии, к рубрикам действующей редакции МПК С 12 Р 5/02 (получение метана микробиологическим способом) и C 05 F 9/00 (изготовление удобрений из домашних и городских отходов с использованием микроорганизмов).
В результате моего личного патентного поиска в ВПТБ (г. Москва) было выявлено ряд аналогов, близких к моему изобретению по замыслу.
Известен «Способ получения биогаза» (Авторское свидетельство №1838415 SU). Это разработка ВНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов.
В данном изобретении интересно то, что ВНИИ вел детальные исследования над анаэробными бактериями с использованием стимуляторов метаногенеза, что некоторым образом ускоряло технологический процесс и увеличивало выход биогаза. Исходным сырьем были биоотходы сельскохозяйственного животноводства, растениеводства, микробиологической и пищевой промышленности. При этом их вместе с посевной бактериальной культурой помещали в специальный сосуд или, как они его назвали, ферментатор, с добавлением в эту среду стимуляторов метаногенеза: соединение никеля с лигандами (по формуле изобретения).
Известен «Биореактор периодического действия» (патент RU №2118359).
В описании не сказано о влажности биоотходов, которая должна быть оптимальной 92-95%. То, что цикл сбраживания загрузки совершается за 30-40 дней, также указывает на его слабую эффективность в работе.
В целом же, оба изобретения - аналоги «модельные», с весьма ограниченной производительностью - перерабатывать большое количество, например, городских отходов, они не в состоянии. Подсчитано, что у города Донецка (Украина) на год образуется 1,2 млн. м3 мусорной массы, а в г. Москве (Россия) - 11 млн. м3 мусорной массы. Вместе с тем эти биоотходы - ценнейшее сырье для производства теплотворного газа метана, обезвреженного и высококачественного удобрения для теплиц и полей. А его пластмассовые включения (пленки, пластиковые бутылки) при использовании соответствующей технологии могут превратиться в тару (ящики), емкости, шланги и прочие нужные в хозяйственной деятельности вещи.
Как известно, в различных странах мира в борьбе со скоплением биоотходов строятся мусороперерабатывающие заводы. Каждый такой завод отличает высокая себестоимость реализуемой им технологии, составными компонентами которой являются большая энергоемкость и многостадийность входящих в нее процессов. Кроме того, мусороперерабатывающие заводы сами загрязняют атмосферу, ибо, сжигая мусор, они выделяют в нее вреднейшие сверхстойкие газы - диоксиды, которые, как известно, состоят из компонентов, весьма вредных для всего живого. Диоксиды не растворяются в воде, но легко растворяются в жирах, попадая в грунт, в реки, где производят свое губительное действие.
Известно также, что в топках мусороперерабатывающих заводов, прежде всего, сгорают органика и полимеры, и что эти заводы не уничтожают отходы полностью. Шлаки и пепел от сжигания мусора, а это 30% от начальной массы, твердых мусорных отходов должны быть захоронены на полигонах. А это, опять-таки, усугубляется экологическая проблема, непроизводительно используют большие площади земли.
Известен метод пиролиза, когда биоотходы в специальных установках, типа домны, должны нагреваться до температуры 1700-1800°С без доступа кислорода. При этом происходит термическое разложение органической части отходов - на горючий газ (пирогаз) и углеродный остаток - пикарбон в количестве примерно 250 кг на тонну первоначальных отходов. По цвету он схож с сырой нефтью, но более губителен для природы, если попадет в землю, когда станут его захоранивать.
Известно строительство специальных полигонов и выстилание их дна полиэтиленом. Однако пленка в земле недолговечна. Под воздействием выделений из мусора она за 6-7 лет перестанет быть пленкой, и выделения попадут в водоносный слой земли...
Таким образом, можно сделать вывод: серьезных конструктивных предложений по оптимальному решению мусорной проблемы до настоящего времени не найдено.
Задачей настоящего изобретения является предложение массовой переработки биоотходов посредством микроорганизмов по аналогии, как это происходит в естественной природной среде.
Технический результат - сокращение сроков переработки биоотходов.
Технический результат достигается тем, что в способе массовой переработки биоотходов с получением газа метана и сельхозудобрений несортированную мусорную массу загружают в расположенные в бродильной камере стеллажи с решетчатым дном слоем 50-70 см, распределяя твердые включения в ней для обеспечения рыхлости, при этом бродильную камеру герметизируют, через каждые 1,5-2 часа все стеллажи орошают водой из системы орошения, обеспечивая в пределах 92-95% влажность процесса брожения биоотходов и их стартовый нагрев системой подогрева до 55°С, а для следующей заправки по окончании процесса брожения 10% биоотходов оставляют, при этом полученный газ метан направляют для производственных и бытовых нужд, а мусорная масса превращается в органическое удобрение.
Мягкие и твердые пластмассовые включения направляют для их дальнейшей переработки.
Сущность изобретения более подробно поясняется на фиг.1 и 2. Технологическая цепочка переработки биоотходов выглядит так. Не рассортированный из придомовых контейнеров мусор выгружается в автомусоровозы, которые доставляют его на биогазовый участок. Здесь мусоровоз 1 заезжает в одну из очередных подготовленных к загрузке бродильных камер. Мусор выгружают в кучу 2 на асфальтовый пол, а погрузчик 3 своими «загребными лапами» через свой питатель-транспортер подает мусорную массу в один из стеллажей. При этом работники при помощи держаков распределяют твердые предметы и пластмассовые бутылки, обеспечивая эффект рыхлости в стеллаже. Укладка массы должна вестись слоем 50-70 см. Для полного и быстрого «возгорания» необходимо от предыдущей заправки данной камеры оставлять 5-7 см (10% от объема сбраженной массы), из которой метаногенная ассоциация микроорганизмов начнет переходить на «свежие» биоотходы и перерабатывать их, интенсивно размножаясь. Дно 4 стеллажей необходимо делать решетчатым.
Когда все стеллажи 5 бродильной камеры мусором будут заполнены, людей и технику удаляют из нее, двери плотно закрывают, обеспечивая герметичность. После чего в камеру включают систему водяного подогрева до +55°С и с помощью автоматики 6 периодически с интервалом 1,5-2 часа обильно орошают все стеллажи бродильной камеры водой, что создает оптимальную влажность в пределах 92-95%. Все это обеспечивает лучшие условия для жизнедеятельности метанопроизводящих бактерий и для оптимальной переработки ими биомассы в кратчайшие сроки. Продукт их жизнедеятельности - биогаз метан 8 - по отводной трубе 9 начнет поступать для производственных и бытовых нужд. Причем, она (труба 9) при выходе из бродильной камеры должна оканчиваться гидравлическим затвором. Через некоторое время температура в биокамере начнет расти и превысит 60°С (приборы с датчиками должны показать), что будет свидетельствовать об интенсивной переработке бактериями биомассы и их активном размножении. Систему подогрева 7 выключают - свою «стартовую» функцию она выполнила.
Теперь биогазогенератор может работать на автономном режиме, температура в стеллажах поднимется до 70°С, а метан будет обильно выделяться. Одновременно, в этих условиях происходит гибель патогенной микрофлоры и семян сорняков, чем повышается качество органического удобрения.
Если будут соблюдены все рекомендованные условия, то через 8-10 дней процесс брожения закончится, метан прекратит выделяться, его остатки в камере отсасывают компрессором в газгольдер. Далее включают тепловую приточно-вытяжную вентиляцию, хотя бы на сутки, с помощью которой уменьшенный в объеме, перебродивший и превращенный в удобрение мусор освобождают от влаги. Получается полноценное органическое удобрение для теплиц и полей.
Затем бродильную камеру открывают, проветривают, со стеллажей удаляют отходы «перегоревшего» перебродившего мусора. Для удобства работы в камере обслуживающего персонала должны быть предусмотрены со стороны стен проходы 10. При этом сортируют одно на удобрение, оставляя 10% массы (5-7 см слой) на каждом стеллаже для «затравки», а другое (пластмассовые включения: пленка, бутылки) - извлекают и они поступают в цех, где их промывают, сушат и пропускают, скажем, через шнековый термопресс с червячной подачей, где поддерживают необходимую температуру. В свою очередь, расплавленную пластмассу выдавливают через фильеру, благодаря чему приобретается соответствующая форма: ремня, листа, прута или трубки. Затем их охлаждают.
Так можно получить материал для изготовления ящиков (тары), емкостей, шлангов и прочее.
В целом же, предлагаемая технология переработки мусорной массы, как городов, так и отходов от растениеводства и животноводства сельского хозяйства ликвидирует свалки, как их теперь стали называть - санитарно-экологические полигоны, превратит коммунальное хозяйство населенных пунктов из убыточных в прибыльные. Да и экологическая ситуация значительно улучшится.
Земля же должна использоваться по своему назначению.
Каркас стен бродильных камер, стоек и перекладин стеллажей, а также перекрытий предлагаю делать из железобетонных элементов облегченной конструкции. Стены заполнять панелями из современного материала - пенобетона толщиной 15 см, который может заменить стены толщиной в 1 м современных зданий. Решетки стеллажей предлагаю изготавливать из армированной пластмассы, ибо металлические решетки будут коррозироваться и выходить из строя.
1. Способ массовой переработки биоотходов с получением газа метана и сельхозудобрений, отличающийся тем, что несортированную мусорную массу загружают в расположенные в бродильной камере стеллажи с решетчатым дном слоем 50-70 см, распределяя твердые включения в ней для обеспечения рыхлости, при этом бродильную камеру герметизируют, через каждые 1,5-2 ч все стеллажи орошают водой из системы орошения, обеспечивая в пределах 92-95% влажность процесса брожения биоотходов и их стартовый нагрев системой подогрева до 55°С, а для следующей заправки по окончании процесса брожения 10% биоотходов оставляют, при этом полученный газ метан направляют для производственных и бытовых нужд, а мусорная масса превращается в органическое удобрение.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мягкие и твердые пластмассовые включения направляют для их дальнейшей переработки.
