RU2576208C2 - Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation - Google Patents
Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576208C2 RU2576208C2 RU2014121273/13A RU2014121273A RU2576208C2 RU 2576208 C2 RU2576208 C2 RU 2576208C2 RU 2014121273/13 A RU2014121273/13 A RU 2014121273/13A RU 2014121273 A RU2014121273 A RU 2014121273A RU 2576208 C2 RU2576208 C2 RU 2576208C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anaerobic
- biogas
- effluent
- solid
- liquid
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000011710 vitamin D Substances 0.000 claims 1
- 229940046008 vitamin d Drugs 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 abstract description 7
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 abstract description 3
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 abstract description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 abstract description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 abstract description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 abstract 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 abstract 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 5
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000696 methanogenic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000009374 poultry farming Methods 0.000 description 1
- 235000005974 protein supplement Nutrition 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 235000019195 vitamin supplement Nutrition 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
Landscapes
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Fertilizers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области интенсивного птицеводства, реализуемого на промышленной (фабричной) основе в условиях крупных птицефабрик и ферм. В более узком смысле предлагаемое изобретение предназначено для реализации на птицефабриках (фермах) с клеточным (батарейным) содержанием птицы, в первую очередь, наиболее широко распространенных кур яичного и мясного направлений, с влажностью удаляемого помета свыше 92%. В основу предлагаемых способа и устройства положена анаэробная переработка с получением биогаза и обеззараженного стабилизированного продукта, пригодных для генерирования электрической и тепловой энергии и получения таких биопродуктов - удобрений и белково-витаминных добавок (премиксов) соответственно.The invention relates to the field of intensive poultry farming, implemented on an industrial (factory) basis in large poultry farms and farms. In a narrower sense, the present invention is intended for implementation in poultry farms (farms) with a cellular (battery) content of poultry, in the first place, the most widespread hens of egg and meat directions, with humidity of the removed litter over 92%. The proposed method and device is based on anaerobic processing to produce biogas and a stabilized disinfected product suitable for generating electric and thermal energy and for obtaining such bio-products - fertilizers and protein-vitamin supplements (premixes), respectively.
Предлагаемое изобретение может быть использовано на животноводческих комплексах (фермах), на которых:The present invention can be used on livestock complexes (farms), on which:
-предъявляются повышенные требования к охране окружающей природной среды;- Increased requirements for the protection of the environment;
-предъявляются повышенные требования к качеству органических удобрений и затруднена возможность организации непрерывного цикла их производства и использования;- increased demands are made on the quality of organic fertilizers and the possibility of organizing a continuous cycle of their production and use is hindered;
-имеется повышенная потребность в собственных энергоносителях.- There is an increased need for their own energy sources.
В наибольшей степени преимущества предлагаемого технического решения реализуются при переработке бесподстилочного куриного помета.To the greatest extent, the advantages of the proposed technical solution are realized in the processing of litterless chicken manure.
Известны способы и устройства аналогичного назначения, применяемые для анаэробной переработки бесподстилочного навоза, помета сельскохозяйственных животных, птицы, а также органических полисубстратов со сходными свойствами, например осадков сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.Known methods and devices of a similar purpose used for anaerobic processing of bedless manure, litter of farm animals, poultry, as well as organic polysubstrates with similar properties, for example, sludge biological treatment plants for domestic wastewater.
В кн. Лозановской И.Н., Орлова Д.С., Попова П.Д. «Теория и практика использования органических удобрений», М.: ВО «Агропромиздат», 1987, с. 75-77 представлены способ анаэробной переработки бесподстилочного навоза в биогаз и обеззараженный, стабилизированный биопродукт эффлюент, пригодный для приготовления твердых и жидких органических удобрений и кормовых добавок, и технологическая схема для его реализации. Биогаз используется для совместной выработки электрической и тепловой энергии для собственных нужд и нужд фермы (фабрики). При этом жидкая фракция обогащена аммиаком, в твердой фракции отсутствуют жизнеспособные семена сорняков. В сравнении с традиционными видами удобрений применение удобрений на основе эффлюента позволяет увеличить урожайность основных сельскохозяйственных культур на 15-30%; использование кормовых добавок дает возможность заменить до 10 - 15% основных кормов. Так как анаэробная переработка осуществляется в полностью закрытых биореакторах - метантенках, а полученный в них метан полностью сгорает при энергогенерации, достигается значительный экологический эффект за счет устранения эмиссии в атмосферу наиболее опасного парникового газа - метана. Например, применительно к птицефабрике на 500000 кур-несушек сокращение метановой эмиссии составляет не менее 800 т/год.In the book. Lozanovskaya I.N., Orlova D.S., Popova P.D. "Theory and practice of using organic fertilizers", M .: IN "Agropromizdat", 1987, p. 75-77, a method for anaerobic processing of bedless manure into biogas and a disinfected, stabilized bio-product effluent suitable for preparing solid and liquid organic fertilizers and feed additives, and a technological scheme for its implementation are presented. Biogas is used for the joint production of electric and thermal energy for their own needs and the needs of the farm (factory). In this case, the liquid fraction is enriched with ammonia, in the solid fraction there are no viable weed seeds. In comparison with traditional types of fertilizers, the use of fertilizers based on effluent allows you to increase the yield of main crops by 15-30%; the use of feed additives makes it possible to replace up to 10 - 15% of the main feed. Since anaerobic processing is carried out in completely closed bioreactors - digesters, and the methane obtained in them is completely burned during energy generation, a significant environmental effect is achieved by eliminating the emission of the most dangerous greenhouse gas into the atmosphere - methane. For example, in the case of a poultry farm for 500,000 laying hens, methane emission reduction is at least 800 t / year.
Основным недостатком аналога является высокий уровень капитальных вложений в основное оборудование из-за значительных объемов основных сооружений, метантенков обусловленных низкими удельными нагрузками по органическому веществу из-за потребности в дополнительном времени для гидролиза крупных органических включений (взвесей), различных кинетических характеристик процессов кислото- и метаногенеза, высокого содержания аммонийного азота - до 8 г/л, и ряда других причин. В результате продолжительность пребывания помета в анаэробном биореакторе может достигать 50 суток (см. Баадер В., Доне Е. И др. «Биогаз: теория и практика». М.: Колос, 1982, с. 24.). Другими недостатками являются: достаточно высокая вероятность проскока нестабилизированного органического вещества, приводящая к высоким значениям БПКп жидкой фракции и значительным остаточным газовыделениям при последующем хранении эффлюента и его фракций, а также потери аммонийного азота при хранении. В результате увеличиваются капитальные и энергетические затраты на доочистку жидкой фракции, происходит вторичное загрязнение атмосферы парниковыми и дурнопахнущими газами, ухудшается качество удобрений.The main disadvantage of the analogue is the high level of capital investments in the main equipment due to the significant volumes of the main structures, digesters caused by low specific loads of organic matter due to the need for additional time for the hydrolysis of large organic inclusions (suspensions), various kinetic characteristics of acid and methanogenesis, a high content of ammonium nitrogen - up to 8 g / l, and a number of other reasons. As a result, the duration of the litter stay in the anaerobic bioreactor can reach 50 days (see Baader V., Don E. et al. “Biogas: theory and practice.” M .: Kolos, 1982, p. 24.). Other disadvantages are: a rather high probability of a breakthrough of unstabilized organic matter, leading to high BOD values of the liquid fraction and significant residual gas emissions during subsequent storage of effluent and its fractions, as well as loss of ammonia nitrogen during storage. As a result, capital and energy costs for the post-treatment of the liquid fraction increase, secondary pollution of the atmosphere with greenhouse and foul smelling gases occurs, and the quality of fertilizers deteriorates.
В известной степени указанные недостатки устранены в технических решениях, приведенных в кн. Яковлева СВ., Воронова Ю.В. «Водоотведение и очистка сточных вод», М.: АСВ, 2004, стр. 472-475. Применение фазового разделения процесса анаэробной обработки исходного субстрата позволяет добиться рационального распределения времени основного цикла обработки между кислотообразующим и метаногенерирующим биореакторами, в которых поддерживаются оптимальные для каждой фазы условия. При этом быстродействующий кислотообразующий биореактор обеспечивает метаногенерирующий биореактор сбалансированным по составу питательным субстратом, что приводит к существенному улучшению кинетических показателей метаногенеза. При этом суммарная продолжительность анаэробной обработки снижается; при продолжительности кислотообразующей фазы до 2,5 сут длительность метаногенерирующей фазы не превышает 10-14 сут. Таким образом, суммарный объем наиболее капиталоемких анаэробных сооружений также снижается; сокращение объема может достигать 50 и более %. Температурный режим обработки в обоих биореакторах устанавливается в зависимости от типа субстрата и технологических ограничений; применительно к куриному помету оптимальной является схема «мезофильный - термофильный режимы» (Тарасов С.И., Ковалев А.А., Мерзлая Г.Е. и др. «Эффективность применения эффлюента», сб. научных трудов ВНИПТИОУ, вып. 2 «Научные основы и технологии производства и применения органических удобрений», М-В.: ВНИПТИОУ, 1999). При фазовом разделении процесса достигаются некоторые дополнительные эффекты: улучшаются водоотдающие свойства эффлюента, повышается относительное содержание метана в эффлюенте.To a certain extent, these shortcomings are eliminated in the technical solutions given in the book. Yakovleva SV., Voronova Yu.V. "Wastewater and wastewater treatment", M .: ASV, 2004, p. 472-475. The use of phase separation of the process of anaerobic treatment of the initial substrate allows us to achieve a rational distribution of the time of the main processing cycle between acid-forming and methane-generating bioreactors, in which the conditions are optimal for each phase. At the same time, a fast-acting acid-forming bioreactor provides a methanogenous bioreactor with a nutritionally balanced nutrient substrate, which leads to a significant improvement in the kinetic parameters of methanogenesis. In this case, the total duration of anaerobic treatment is reduced; with the duration of the acid-forming phase up to 2.5 days, the duration of the methane-generating phase does not exceed 10-14 days. Thus, the total volume of the most capital-intensive anaerobic structures also decreases; volume reduction can reach 50% or more. The temperature regime of processing in both bioreactors is set depending on the type of substrate and technological limitations; in relation to chicken droppings, the optimal scheme is “mesophilic - thermophilic modes” (Tarasov SI, Kovalev AA, Merzlaya G.E. et al. “Effectiveness of the use of effluent”, collection of scientific works VNIPTIOU,
Реализация рассмотренного способа осуществляется в устройстве, приведенном на рис. 15.18, стр. 473, см. упомянутый источник (кн. Яковлева С.В., Воронова Ю.В). Устройство-прототип состоит из последовательно связанных друг с другом анаэробного биореактора 1 фазы, анаэробного биореактора 2 фазы, средств разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции. Генератором энергии может служить любое типовое устройство - паровой, водогрейный котлы, когенерационная установка на основе ГТУ или ДВС, см. рис. 15.15 упомянутого источника.The implementation of the considered method is carried out in the device shown in Fig. 15.18, p. 473, see the mentioned source (Prince Yakovleva S.V., Voronova Yu.V.). The prototype device consists of a series of anaerobic bioreactors of the first phase, anaerobic bioreactor of the second phase, means for separating the effluent into liquid and solid fractions. Any typical device can serve as an energy generator - steam, hot water boilers, a cogeneration unit based on gas turbines or internal combustion engines, see Fig. 15.15 of the mentioned source.
Основными недостатками прототипа являются недостаточно высокая степень гарантированной стабилизации эффлюента, приводящая к высоким значениям БПКп жидкой фракции (св. 2 г/л), повышенному отношению углерода к азоту и C:N в эффлюенте в целом (свыше 10) и в его фракциях. Хранение эффлюента и его фракций в типовом открытом хранилище приводит к остаточным газовыделениям и вторичному загрязнению атмосферы, а также потерям аммонийного азота.The main disadvantages of the prototype are the insufficiently high degree of guaranteed stabilization of the effluent, leading to high BOD values of the liquid fraction (St. 2 g / l), an increased ratio of carbon to nitrogen and C: N in the effluent as a whole (over 10) and in its fractions. Storage of effluent and its fractions in a typical open storage leads to residual gas emissions and secondary pollution of the atmosphere, as well as loss of ammonia nitrogen.
Задачей, решаемой в рамках предлагаемого изобретения, является устранение указанных недостатков.The problem to be solved within the framework of the invention is to eliminate these disadvantages.
Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого изобретения, является повышение глубины переработки органического вещества исходного субстрата в сочетании с более полным использованием биоэнергетического потенциала. Снижается или исключается эмиссия в атмосферу наиболее опасного парникового газа - метана, снижаются потери биогенных элементов эффлюента и его фракций, повышается качество органических удобрений и кормовых добавок на его основе. Образующаяся в наибольших количествах и опасная в экологическом отношении жидкая фракция становится пригодной для агротехнической утилизации или последующей обработки в аэротенках перед сбросом в водоемы или при подготовке к повторному использованию. Конечным результатом от использования предлагаемого изобретения является создание на его основе биоэнергетических установок высокого технического уровня как источников эффективного газообразного энергоносителя - метана, и биопродуктов высококачественных органических удобрений (удобрительных смесей), белково-витаминных добавок. Капитальные вложения в основное оборудование (метантенки) в сравнении с аналогами и прототипом существенно ниже, т.к. используются процессы интенсивного типа, за исключением твердофазного анаэробного биореактора - накопителя. Устройство функционирует существенно надежнее, т.к. выход из строя отдельного аппарата или даже технологического блока в отсутствие резервирования не приводит к полной остановке устройства.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to increase the depth of processing of organic matter of the initial substrate in combination with a more complete use of bioenergy potential. Emission to the atmosphere of the most dangerous greenhouse gas, methane, is reduced or eliminated, losses of nutrient elements of the effluent and its fractions are reduced, the quality of organic fertilizers and feed additives based on it is increased. The liquid fraction formed in the largest quantities and environmentally hazardous becomes suitable for agrotechnical disposal or subsequent treatment in aerotanks before being discharged into water bodies or in preparation for reuse. The end result from the use of the present invention is the creation on its basis of high-tech bioenergy plants as sources of an effective gaseous energy carrier - methane, and bio-products of high-quality organic fertilizers (fertilizer mixtures), protein and vitamin supplements. Capital investments in the main equipment (digesters) in comparison with analogues and prototype are significantly lower, because processes of an intensive type are used, with the exception of a solid-phase anaerobic bioreactor — a storage ring. The device functions much more reliably, because failure of a separate device or even a technological unit in the absence of redundancy does not lead to a complete stop of the device.
Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.
Исходный помет подвергают последовательно мезофильной анаэробной обработке в температурном диапазоне 32-37°С продолжительностью не более суток, термофильной анаэробной обработке в температурном диапазоне 52-57°С продолжительностью не более 6 суток с получением биогаза и эффлюента. Эффлюент разделяют на жидкую фракцию с влажностью более 97% и твердую фракцию с влажностью не более 90%. Биогаз используют для получения энергии. Жидкую фракцию подвергают анаэробной биофильтрации в рециркуляционном режиме с получением дополнительных количеств биогаза и значения БПКп жидкости не более 2000 мг/л, твердую фракцию подвергают твердофазной анаэробной обработке в психрофильном режиме с получением отношения углерода к азоту C:N<10 и дополнительных количеств биогаза. Полученные биопродукты используют для получения твердых и жидких удобрений и белково-витаминных добавок.The initial litter is subjected to sequentially mesophilic anaerobic treatment in a temperature range of 32-37 ° C for a duration of not more than a day, thermophilic anaerobic treatment in a temperature range of 52-57 ° C for a duration of not more than 6 days to obtain biogas and effluent. The effluent is divided into a liquid fraction with a moisture content of more than 97% and a solid fraction with a moisture content of not more than 90%. Biogas is used to produce energy. The liquid fraction is subjected to anaerobic biofiltration in a recirculation mode to obtain additional quantities of biogas and a BOD value of liquid of not more than 2000 mg / l, the solid fraction is subjected to solid-phase anaerobic treatment in a psychrophilic mode to obtain a carbon to nitrogen ratio C: N <10 and additional amounts of biogas. The resulting biological products are used to obtain solid and liquid fertilizers and protein-vitamin supplements.
Устройство для реализации способа состоит из последовательно соединенных мезофильного анаэробного биореактора, термофильного анаэробного биореактора, средств разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции и также генератора энергии. Генератор энергии связан с анаэробными биореакторами газопроводом. На выходе жидкой фракции из средств разделения эффлюента установлен анаэробный биофильтр, оснащенный средствами рециркуляции эффлюента. На выходе твердой фракции из средств разделения эффлюента установлен анаэробный биореактор с твердофазным режимом обработки. Анаэробный биофильтр и твердофазный анаэробный биореактор связаны с генератором энергии посредством дополнительного газопровода.A device for implementing the method consists of a series-connected mesophilic anaerobic bioreactor, a thermophilic anaerobic bioreactor, means for separating the effluent into liquid and solid fractions, and also an energy generator. An energy generator is connected to anaerobic bioreactors by a gas pipeline. An anaerobic biofilter equipped with effluent recirculation means is installed at the outlet of the liquid fraction from the effluent separation means. An anaerobic bioreactor with a solid-phase processing mode is installed at the output of the solid fraction from the effluent separation means. An anaerobic biofilter and a solid-phase anaerobic bioreactor are connected to the energy generator through an additional gas pipeline.
Научно-практические работы, выполненные авторами с использованием пилотных установок в условиях птицефабрики яичного направления, подтвердили эффективность представленного технического решения, см. Тарасов С.И., Ковалев А.А., Мерзлая Г.Е. и др. «Эффективность применения эффлюента», сб. научных трудов ВНИПТИОУ, вып. 2 «Научные основы и технологии производства и применения органических удобрений», М-В.: ВНИПТИОУ, 1999.Scientific and practical work carried out by the authors using pilot plants in an egg poultry farm confirmed the effectiveness of the presented technical solution, see Tarasov S.I., Kovalev A.A., Merzlaya G.E. and others. "Effectiveness of the use of effluent", sb. scientific works of VNIPTIOU, vol. 2 "Scientific foundations and technologies for the production and use of organic fertilizers", M-V .: VNIPTIOU, 1999.
Структурная схема способа получения биопродуктов и биогаза из бесподстилочного куриного помета представлена на фигуре 1.The structural diagram of a method for producing bioproducts and biogas from litterless chicken manure is presented in figure 1.
Исходный, очищенный от крупных инородных включений помет влажностью 92-96% направляют в блок мезофильной анаэробной обработки 1, в котором производятся анаэробный или аноксидный гидролиз, кислотогенез и в известной степени метаногенез, осуществляемые соответствующим консорциумом бактерий. Температура процесса 32-37°С (мезофильный режим), при этом высокая точность поддержания указанного температурного режима не требуется. Процесс осуществляется в условиях интенсивного перемешивания. Продолжительность обработки не более суток. Распад органического вещества при этом незначителен и не превышает 10-15% от исходного.The initial litter with a moisture content of 92-96%, purified from large foreign inclusions, is sent to the mesophilic
Подготовленный таким образом помет представляет собой питательный субстрат для последующей метаногенной, фазы, реализуемой в блоке термофильной анаэробной обработки 2 в температурном диапазоне 52-57°С. На данном этапе осуществляется относительно быстрый перевод основной массы биоразлагаемого органического вещества в биогаз, содержащий до 80% метана, и в существенно меньшей степени - в биомассу (до 10%). Доминирующей является метаногенная группа микроорганизмов. Требования к соблюдению температурного режима более высокие (допустимое отклонение 2°С). Интенсивность перемешивания в сравнении с 1 фазой более низкая, с кратностью обмена биомассы 1-3 сут-1. Продолжительность обработки не более 6 суток. Эффлюент представляет собой обеззараженный стабилизированный биопродукт с повышенным содержанием аммонийного азота.Thus prepared litter is a nutrient substrate for the subsequent methanogenic phase realized in the thermophilic
Далее в блоке разделения 3 эффлюент разделяют на жидкую фракцию с влажностью более 97% и твердую фракцию с влажностью не более 90%. Твердую фракцию направляют в блок твердофазной анаэробной обработки 4, в котором в течение произвольного времени (от нескольких суток до нескольких месяцев) происходит окончательный распад нестабильного органического вещества с выделением биогаза, который улавливается и направляется на утилизацию в генераторе энергии. Дополнительно происходит уплотнение массы до значений относительной влажности, удешевляющих и упрощающих последующее приготовление удобрительных смесей (75-80%). Температурный режим - психрофильный или, при соответствующем обосновании, - мезофильный. Перемешивание не осуществляется или осуществляется в незначительной степени (с кратностью циркуляции <1 сут-1).Next, in the
Жидкую фракцию направляют в блок анаэробной биофильтрации 5, который обеспечивает окончательную стабилизацию жидкой фракции со снижением БПКп до значения не более 2 г/л с получением дополнительных количеств биогаза. Биогаз используют для получения дополнительной энергии. Достигаемое относительное содержание аммонийного азота во вторичном эффлюенте составляет 50-75% от общего содержания азота, что делает вторичный эффлюент ценным сырьем для приготовления жидких удобрений (подкормок). Обработка осуществляется в режиме рециркуляции; продолжительность может составлять от нескольких часов до нескольких суток (для крупноразмерных установок). Обработанная таким образом жидкая фракция пригодна для длительного хранения в накопителях (при последующем агротехническом использовании) или для последующей обработки в высоконагруженных аэротенках (перед сбросом в водоем или при получении технической воды).The liquid fraction is sent to the
Принципиальная технологическая схема устройства для реализации способа утилизации органических субстратов представлена на фигуре 2.Schematic diagram of a device for implementing the method of disposal of organic substrates is presented in figure 2.
Мезофильный анаэробный биореактор 1, в котором реализуется первая фаза анаэробной обработки, представляет собой аппарат с герметичным корпусом 2, снабженным патрубками для загрузки помета 3, выгрузки субстрата 4 и отведения биогаза 5, теплообменным регистром 6 и средствами механического перемешивания 7 известных типов. Предпочтительный режим функционирования непрерывно-циклический. Температура биомассы t1 поддерживается посредством циркуляции теплоносителя (например, воды) между генератором энергии 8 и теплообменным регистром 6. Выгрузка подготовленного помета (субстрата) производится через патрубок выгрузки 4 в патрубок загрузки субстрата 9 термофильного анаэробного биореактора 10 в момент загрузки исходной партии помета в мезофильный анаэробный биореактор 1. Биогаз через патрубок 5 отводится в газохранилище 11 известного типа.The mesophilic
Термофильный анаэробный биореактор 10 может быть смесительного или вытеснительного типа. Аппарат снабжен герметичным корпусом 12 с патрубками загрузки субстрата 9, выгрузки эффлюента 13 и отведения биогаза 14, теплообменным регистром 15 и средствами механического перемешивания 16. Температура биомассы t2 поддерживается посредством циркуляции теплоносителя между генератором энергии 8 и теплообменным регистром 15. Выгрузка эффлюента производится через патрубок выгрузки 13 в средство разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции в момент загрузки исходной порции субстрата. Биогаз через патрубок 14 отводится в газохранилище 11.The thermophilic
Средства разделения эффлюента на жидкую и твердую фракции 17 могут быть механическими известных типов (отстойник, центрифуга, пресс, пресс-фильтр, а также комплексы на их основе) или тепловыми (сушилка), обеспечивающими влажность твердой фракции не выше 90%. Возможна комбинация механических и тепловых средств.The means for separating the effluent into liquid and
На выходе жидкой фракции из средства разделения эффлюента установлен анаэробный биофильтр 18, который может быть интенсивного типа, например с расширенным или взвешенным слоем загрузки 19, или крупноразмерный накопительного типа, см. фигуру 3. В анаэробном биофильтре интенсивного типа 18 предусматриваются герметичный вертикальный корпус 20 с загрузочно-накопительным 21, разгрузочным 22 устройствами и циркуляционным насосом 23, составляющими единый циркуляционный контур. Разгрузочное устройство 22 оборудовано гидрозатвором, обеспечивающим внутри корпуса 20 анаэробный режим. Отведение биогаза из разгрузочного устройства 22 осуществляется в газохранилище 11. Эффлюент из загрузочно-накопительного устройства 21 направляется на приготовление жидких удобрений. Теплообменный регистр 24 обеспечивает поддержание температуры биомассы t3, для чего предусматривается контур циркуляции теплоносителя между генератором энергии 8 и теплообменным регистром 24. При вакуумно-конденсационном способе разделения на фракции, а также применении быстродействующих адиабатных механических сгустителей (центрифуг, прессов) температура жидкой фазы соответствует термофильному диапазону или отличается незначительно. Теплообменный регистр 24 предусматривается в основном для зимнего режима эксплуатации.An
На выходе твердой фракции из средств разделения эффлюента установлен твердофазный анаэробный биореактор 25, который дополнительно выполняет функции герметичного накопителя и уплотнителя с отбором биогаза в газохранилище 11. Сбор и промежуточное накопление биогаза осуществляется под гибким, жестким или плавающим перекрытием 26 известного типа. Уплотненный эффлюент через механизм выгрузки 27 по мере необходимости направляется на приготовление твердых удобрений. Надосадочная жидкость через жидкостной патрубок 28 отводится на доочистку. Таким образом, биореактор 25 функционирует в периодическом режиме, что обуславливает его значительный объем в сравнении с биореакторами 1 и 10. Его применение позволяет отказаться от неэффективных и экологически опасных накопителей традиционного типа. Таким образом, весь биогаз, производимый в биореакторах 1, 10, 25 и в анаэробном биофильтре 18 отводится в газохранилище 11 и далее к генератору энергии, для чего предусмотрен дополнительный газопровод 29.At the outlet of the solid fraction from the effluent separation means, a solid-phase
Конструктивная схема заглубленного крупноразмерного анаэробного биофильтра представлена на фигуре 3.A structural diagram of a buried large-sized anaerobic biofilter is presented in figure 3.
Крупноразмерный анаэробный биофильтр 1 перегородочного типа состоит из горизонтального заглубленного или обвалованного герметичного корпуса 2, снабженного патрубками загрузки 3 и выгрузки 4, разгрузочным колодцем 5 и погружным насосом 6. Наличие полупогружных перегородок 7 существенно увеличивает продолжительность пребывания первичного эффлюента в биофильтре, этому же способствует наличие средств рециркуляции. Биогаз отводится в газохранилище 11. Данная конструкция позволяет совместить функции биофильтра и накопителя при гарантированном обеспечении необходимого уровня стабилизации эффлюента. В случае необходимости в повторном использовании воды или при сбросе в водоем биологическая нагрузка на последующие стадии аэробной очистки может быть дополнительно снижена путем введения секций биофильтрации с восходящим 8 и нисходящим 9 потоками. Такое техническое решение приведет к существенному снижению уровня энергоемкости всей системы очистки в целом. Сооружение работает в психрофильном режиме, обогрев и перемешивание не предусматриваются, энергия расходуется на рециркуляцию и перекачку жидкости.The large-sized
Конструктивная схема заглубленного твердофазного анаэробного биореактора большой вместимости горизонтального типа с психрофильным режимом работы представлена на фигуре 4.The structural diagram of a buried solid-phase anaerobic bioreactor of large capacity horizontal type with a psychrophilic mode of operation is presented in figure 4.
Заглубленный твердофазный анаэробный биореактор большой вместимости горизонтального типа 1 выполнен в виде вытянутого параллелепипеда с загрузочным 2 и разгрузочным 3 гидрозатворами, гидроизолированный корпус 4 в нижней части оснащен наклонным днищем 5, в верхней части - газосборным колпаком 6 плавающего или жесткого типа. Средства рециркуляции, обогрева и перемешивания отсутствуют, режим работы - непрерывно-циклический или периодический, с единовременной выгрузкой не более 0,7 объема.A large-capacity deep-seated solid-phase anaerobic bioreactor of
Конструктивная схема заглубленного психрофильного анаэробного биореактора большой вместимости вертикального типа представлена на фигуре 5.The structural diagram of a buried psychrophilic anaerobic bioreactor of large capacity of the vertical type is presented in figure 5.
Заглубленный твердофазный анаэробный биореактор большой вместимости вертикального типа 1 выполнен в виде цилиндра с загрузочным патрубком 2 и разгрузочным устройством 3. Герметичный корпус 4 в верхней части оснащен газосборным колпаком 5 плавающего или эластичного типа. Корпус 4 в вертикальной плоскости секционирован посредством вертикальной перегородки 6, в нижней части оснащен наклонным днищем 7. В отличие от биореактора согласно фигуре 4 биореактор вертикального типа является эффективным уплотнителем, обеспечивая снижение относительной влажности твердой фракции до 75 - 80%. Надосадочная вода через жидкостной гидрозатвор 8 отводится на доочистку. Средства рециркуляции, обогрева и перемешивания отсутствуют, режим работы - непрерывно-циклический или периодический с единовременной выгрузкой не более 0,75 объема.The buried solid-phase anaerobic bioreactor of large capacity of
Предлагаемое изобретение применительно к птицефабрике на 500000 кур-несушек позволяет достичь интегрального выхода биогаза, близкого к практическому пределу - 6643 м3/сут. Данный показатель приблизительно в 2,1 раза превышает аналогичный показатель, приведенный в кн. Лысенко В.П. «Переработка отходов птицеводства». С.-Посад.: ВНИТИП, 1998, стр. 80. Соответственно, снижаются вредные выбросы в атмосферу, решается проблема промежуточного хранения эффлюента и его фракций без потери удобрительных свойств.The present invention with respect to a poultry farm for 500,000 laying hens allows to achieve an integrated biogas yield close to the practical limit of 6643 m 3 / day. This indicator is approximately 2.1 times higher than the same indicator given in the book. Lysenko V.P. "Processing of poultry waste." S.-Posad .: VNITIP, 1998, p. 80. Correspondingly, harmful emissions into the atmosphere are reduced, the problem of intermediate storage of effluent and its fractions without loss of fertilizing properties is solved.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014121273/13A RU2576208C2 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014121273/13A RU2576208C2 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014121273A RU2014121273A (en) | 2015-12-10 |
| RU2576208C2 true RU2576208C2 (en) | 2016-02-27 |
Family
ID=54843016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014121273/13A RU2576208C2 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2576208C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2647762C1 (en) * | 2017-04-20 | 2018-03-19 | Сергей Евгеньевич Угловский | Installation for heat energy generation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500306A (en) * | 1991-04-17 | 1996-03-19 | Ztek Corporation | High efficiency energy conversion and treatment of organic waste |
| RU2229459C1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-05-27 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства | Method for producing of organic fertilizers |
| EP1320388B1 (en) * | 2000-08-22 | 2005-11-09 | Green Farm Energy A/S | Concept for slurry separation and biogas production |
| RU2407266C1 (en) * | 2009-07-01 | 2010-12-27 | Андрей Валентинович Соловьев | Method for livestock waste storage and preparation for recycling |
-
2014
- 2014-05-27 RU RU2014121273/13A patent/RU2576208C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500306A (en) * | 1991-04-17 | 1996-03-19 | Ztek Corporation | High efficiency energy conversion and treatment of organic waste |
| EP1320388B1 (en) * | 2000-08-22 | 2005-11-09 | Green Farm Energy A/S | Concept for slurry separation and biogas production |
| RU2229459C1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-05-27 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства | Method for producing of organic fertilizers |
| RU2407266C1 (en) * | 2009-07-01 | 2010-12-27 | Андрей Валентинович Соловьев | Method for livestock waste storage and preparation for recycling |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2647762C1 (en) * | 2017-04-20 | 2018-03-19 | Сергей Евгеньевич Угловский | Installation for heat energy generation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014121273A (en) | 2015-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Deng et al. | Application and development of biogas technology for the treatment of waste in China | |
| DK2155854T3 (en) | MILLING TANK FOR MAKING BIOGAS OF PUMPABLE ORGANIC MATERIAL | |
| CN102964149B (en) | Pollution abatement method for livestock and poultry farm | |
| CN105417877B (en) | A kind of waste water of livestock poultry treatment process | |
| MX2010006908A (en) | INTEGRATED INSTALLATION OF BIO-DIGESTION. | |
| CN102321673B (en) | Method for producing biogas from solid organic waste | |
| CN103951145A (en) | Method for harmless treatment and recycling of livestock and poultry breeding manure waste | |
| CN103663715A (en) | Biotreatment method for efficiently purifying biogas slurry with microalgae | |
| EP3180971A1 (en) | System and method for anaerobic digestion of animal wastes | |
| CN203144239U (en) | Organic wastewater treatment system | |
| CN100579923C (en) | "Earthworm-aquatic plants-anaerobic microorganisms" joint treatment of organic wastewater | |
| RU2423323C2 (en) | Apparatus for anaerobic processing of substrates into biogas and fertiliser | |
| RU2576208C2 (en) | Method of producing bioproducts and energy from liquid chicken manure and device for its implementation | |
| CN105152473A (en) | Culture waste water energy self circulation disposal system and method thereof | |
| CN111100879A (en) | Livestock and poultry breeding waste treatment and resource comprehensive utilization scheme | |
| CN106007165B (en) | Integrated microbiological treatment process for pollutants in large-scale livestock farm | |
| RU2505490C2 (en) | Device for utilisation of organic substrates with humidity 92-99% with obtaining organic manure and electric power | |
| KR101444870B1 (en) | Fabricating machine and its method of which organic effluent from bio gas plants can be used for liquid fertilizer | |
| RU49524U1 (en) | INDUSTRIAL PLANT FOR PROCESSING ORGANIC WASTE FOR BIOGUMUS AND BIOGAS | |
| RU2399184C1 (en) | Biogas complex | |
| CN215365714U (en) | Livestock and poultry manure sequencing batch anaerobic wet fermentation system | |
| CN204644066U (en) | Livestock culture industry waste water high-efficiency treatment unit | |
| KR101278514B1 (en) | Methane gas production system using multi-stage anaerobic digester | |
| RU121687U1 (en) | TECHNOLOGICAL LINE FOR WASTE PROCESSING OF ANIMAL COMPLEXES | |
| Goel et al. | Anaerobic Treatment of Food Processing Wastes and Agricultural Effluents |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160528 |