RU2794929C2 - Способ переработки и утилизации органических и бытовых отходов - Google Patents
Способ переработки и утилизации органических и бытовых отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794929C2 RU2794929C2 RU2019144631A RU2019144631A RU2794929C2 RU 2794929 C2 RU2794929 C2 RU 2794929C2 RU 2019144631 A RU2019144631 A RU 2019144631A RU 2019144631 A RU2019144631 A RU 2019144631A RU 2794929 C2 RU2794929 C2 RU 2794929C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disposal
- processing
- biogas
- waste
- fermentation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 title abstract description 5
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 title description 5
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 claims abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 14
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 12
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 12
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 4
- 239000010812 mixed waste Substances 0.000 claims description 3
- 244000052769 pathogen Species 0.000 claims description 3
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 19
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 18
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 6
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 6
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 6
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 6
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 6
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 6
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 6
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108010034145 Helminth Proteins Proteins 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 3
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 244000000013 helminth Species 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 2
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 2
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000000696 methanogenic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 125000001477 organic nitrogen group Chemical group 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000031068 symbiosis, encompassing mutualism through parasitism Effects 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000003864 humus Substances 0.000 description 1
- 230000001970 hydrokinetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 150000004668 long chain fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 235000021309 simple sugar Nutrition 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способам переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов. Способ переработки и утилизации отходов включает магнитную сепарацию, разделение фракций, разделение всплывающих фракций, измельчение и подготовку к сбраживанию органической фракции, подачу фракций на гидролиз и последующее сбраживание, обезвоживание отработанного субстрата, с возможностью дальнейшего использования в качестве биоудобрения либо как исходное сырье для производства биогумуса. При этом перекачку образовавшегося после сбраживания биогаза осуществляют по трубопроводу, включающему в себя систему очистки биогаза от сероводорода и меркаптанов. Причем при стабильной выработке биогаза запускают цикл системы самообеспечения за счет работы газопоршневых установок. Изобретение обеспечивает создание способа утилизации и переработки бытовых отходов, который будет максимально безопасен для окружающей среды и позволит выгодно использовать полученные в ходе переработки продукты производства, такие как биоудобрения и биогаз, что обеспечит отсутствие необходимости осуществлять захоронение каких-либо отходов, поскольку после обработки и утилизации остаются только товарные продукты. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов, (далее - отходы), и утилизации ТКО (твердых коммунальных отходов) и промышленных отходов с помощью гидросепарации, позволяя применять технологию анаэробного сбраживания, благодаря чему позволяет значительно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду и получить ценные продукты, такие как биогаз и биоудобрение, кормовой белок.
Уровень техники
Существует особая потребность в переработке и утилизации отходов, особенно их органической составляющей. Значительная часть отходов утилизируются путем захоронения на полигонах ТБО (твердых бытовых отходов), которые в связи со своей устаревшей организацией являются источниками загрязняющих веществ (парниковые газы, вредные выбросы, загрязненные фильтрационные воды и т.д.), оказывают долгосрочное негативное воздействие на окружающую среду и здоровье населения. Анаэробное метановое сбраживание является наиболее перспективной технологией переработки коммунальных и других видов органических отходов. Применение технологии анаэробного сбраживания позволяет значительно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду и получить ценные продукты, биогаз и биоудобрение, кормовой белок. Метан, основной компонент биогаза, может быть использован для получения тепловой и электрической энергии. В мире наиболее распространено анаэробное сбраживание в мезофильных условиях (30-35°С). Однако, термофильное сбраживание (50-57°С) имеет ряд существенных преимуществ, связанных с увеличением скорости роста микроорганизмов и осуществляемых ими реакций, более глубоким разложением органического вещества (ОВ) за счет повышения растворимости органических соединений. Повышенная температура процесса позволяет добиться обеззараживания отходов от патогенных организмов (бактерий, вирусов, яиц гельминтов), что необходимо для дальнейшего использования сброженной биомассы в качестве биоудобрения. В настоящее время наиболее перспективными путями увеличения производительности анаэробных биореакторов считаются ко-ферментация различных видов органических отходов, снижение влажности субстратов и повышения нагрузки по органическому веществу.
Анаэробное разложение органического вещества - это сложный многоступенчатый процесс, требующий совместной активности нескольких групп микроорганизмов с различными метаболитическими возможностями.
Процесс анаэробной деградации ОВ включает четыре последовательные стадии:
1) стадию гидролиза сложных биополимеров (полисахаридов, липидов, белков) на более простые олиго- и мономеры: углеводы и простые сахара, длинноцепочечные жирные кислоты и глицерин, аминокислоты и т.д.;
2) стадию ферментации (брожение, кислотогенез) - образовавшиеся в ходе гидролиза мономеры сбраживаются до более простых веществ - летучие жирные кислоты (ЛЖК), спиртов, углекислого газа и водорода;
3) синтрофную стадию (ацетогенез) окисление летучих жирных кислот (ЛЖК) и спиртов синтрофными бактериями с образованием ацетата, водорода и углекислого газа;
4) метаногенную стадию, в ходе которой метаногенные археи образуют метан - конечный продукт анаэробного разложения ОВ, если в среде отсутствуют другие акцепторы электронов (сульфат, нитрат, Fe (III)).
Ближайшими аналогами данного изобретения можно считать:
Патент на изобретение № RU 115244 U1;
Патент на изобретение № RU 76541 U1.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения
Создание такого способа утилизации и переработки бытовых отходов, который будет максимально безопасен для окружающей среды и позволит выгодно использовать полученный в ходе переработки продукты производства, такие как, биоудобрения и биогаз. Основной результат - это отсутствие необходимости осуществлять захоронение каких-либо отходов, поскольку после обработки и утилизации остаются только товарные продукты
Новизна
Обработка (сортировка) предлагаемым в составе комплекса методом гидросепарации гарантирует степень разделения смешанных отходов на уровне более 90% по видам фракции (стекло, резина, пластик, органика, камни, песок и т.д.)
В обработке и утилизации на таком комплексе Отходов отсутствует необходимость дальнейшего захоронения и какого-либо обезвреживания, поскольку в результате работы комплекса образуются только товарные продукты.
Разработан способ сбраживания при температуре 50-62°С для обеспечения полного обеззараживания от патогенов, содержащихся и развивающихся в органической составляющей отходов.
Предусмотрена возможность использования фильтрата Полигонов ТКО в процессе сбраживания, что приводит также к его утилизации, не нанося ущерба окружающей среде. Сброженный осадок после биореакторов является биоудобрением благодаря разработанной технологии регулирования компонентного состава конечного продукта.
В биореакторах с конусным исполнения днища применяется технология гидроперемешивания, предотвращающая образование застойных зон. В близких по назначению устройствах используется механическое перемешивание (например, лопастными мешалками).
В отличие от аналогов в блоке гидросепарации спроектирован замкнутый контур оборота воды для повышения насыщаемости воды органикой. Это позволяет снизить объем воды для гидросепарации на 60% и более.
Технологический режим сбраживания в отличие от аналогов предусматривает работу на повышенных концентрациях органических веществ в исходном субстрате до 36% по объемной доли в отличи от аналогов, которые используют концентрации до 20% по объемной доли. Данный цикл повышает выход биогаза и удобрений на 50-70%.
Технический результат
Ко-ферментация осадка сточных вод (ОСВ) и органической фракции ТБО (ОФ-ТБО) позволяет сбалансировать состав питательных веществ и влажность смеси и увеличить разнообразие микроорганизмов, участвующих в деградации отходов. Снижение влажности субстратов позволяет снизить потребление воды, расходы на обезвоживание сброженной биомассы и очистку фильтрационных вод, тепловые потери и энергоемкость процесса. Повышение нагрузки позволяет увеличить скорость образования и выход биогаза. В результате подобного способа переработки и утилизации возможно получение биоудобрений, биогаза и кормовой белок.
Биогаз - газообразная часть продуктов анаэробного разложения органических веществ, являющегося результатом жизнедеятельности симбиоза множества видов бактерий. То есть процесс анаэробного брожения - биологический процесс. Он существуют сам по себе и в природных условиях: во-первых, в желудках животных организмов, а во-вторых, в толще грунта или на дне водоемов, где затруднен доступ кислорода.
В силу таких исходно биологических свойств техпроцесса работы биогазовой установки невозможно абсолютно точно подсчитать заранее такие выходные параметры, как глубину разложения биомассы, удельный выход биогаза и его состав.
Характеристика биоудобрений
Получение биогумуса при производстве биогаза. Нерациональное использование органических отходов является причиной значительных потерь растительных питательных веществ, в которых нуждается сельское хозяйство для поддержки плодородия почв. Применение биогазовых технологий способно обеспечит максимальное использование доступных сельскому населению ресурсов: остающихся после выработки биогаза биошлам, который представляет собой удобрение, повышающее общее качество земель и увеличивающее урожайность.
Фосфат и калий. Содержание фосфата (форма фосфора, напрямую усваиваемая растениями) не изменяется в процессе ферментации сырья. В этой форме растениями может быть усвоено около 50% общего содержания фосфора. Ферментация не влияет на содержание калия, от 75 до 100% которого может быть усвоено растениями.
Азот. В отличие от фосфата и калия, некоторое количество азота изменяется в процессе ферментации. Около 75% азота, содержащегося в свежем навозе, становится частью органических макромолекул, остальные 25% представлены в минеральной форме. После переработки в биогазовой установке около 50% азота в биоудобрении находятся в органической форме и 50% - в минеральной. Минеральный азот может быть напрямую усвоен растениями, а органический азот должен сначала минерализоваться с помощью почвенных микроорганизмов.
Реализация задачи
Способ включает в себя переработку ТБО, при котором в результате сбраживании осадков, на медленной первой стадии гидролиза сложного органического вещества, осуществляется процесс анаэробного сбраживания, в результате которого происходит выделение энергии в виде биогаза, что является существенным преимуществом данного способа. Также в ходе данного процесса переработки, осуществляется стабилизации разбавленных осадков сточных вод (избыточного активного ила) - фильтратом ТБО, данный способ является наиболее выгодным и доступным.
Описание технологического процесса
1. Блок гидросепарации
Спецавтомобиль, загруженный ТБО, выгружается в приемный бункер (1), из бункера фракция ТБО, ленточным конвейером (2), транспортируется на шредер (3). Данное оборудование предназначено для разрывания пакетов с мусором и усреднения фракционной составляющей. Из шредера однородная и измельченная фракция ТБО, ленточным конвейером (4), подается в модуль начального разделения форсуночного типа (либо как альтернатива напрямую в роторный сепаратор производства компании MAVITEC или аналогичный ему) поз. 5, где происходит отделение прилипшей органики к полиэтилену, пластику, бутылкам. Применяя форсунки высокого давления, происходит первая стадия начального разделения органики от других составляющих ТБО. Пройдя данный модуль, получается размытая органическая фракция и частично очищенная основная часть ТБО. Далее разделенная фракция попадает в первую секцию оборудования гидротранспортировки и разделения фракций поз. 6, заполненная водой. Первая секция оборудована напорным коллектором поз. 7 и воздушным сепаратором аэрлифт поз. 8. В данной секции происходит отделение твердой фракции ТБО (песок, камни, стекло, цветной металл), которые удаляются со дна отсека с помощью сепарационного винтового конвейера твердой фракции поз. 9. Под воздействием воздушной сепарации аэрлифта поз. 8 и движения водного потока поз. 7, легкая фракция ТБО и органическая составляющая, перемещаются во второй отсек данного оборудования поз. 10. Технология основана на разности в весе и плотности составляющей ТБО. Тяжелая фракция осела в первом отсеке поз. 6, а органика менее тяжелая и пакеты полиэтилен, пластиковые бутылки начинают разделение во второй секции поз. 10. Все легкое пакеты полиэтилен, пластиковые бутылки всплывает и держится на поверхности воды, данная составляющая удаляется с поверхности, лопастным конвейером поз. 11 с транспортировкой на ленточный конвейер удаления легкой фракции поз. 12. А органическая составляющая направляется движущимся водным потоком на сепарационный винтовой конвейер органической фракции поз. 13, где происходит отделение органической фракции крупнее 4 мм. Водный поток насыщенный мелко составляющей органической фракцией, циркуляционным насосом поз. 14, подается на гидроциклон поз. 15. В гидроциклоне поз. 15, за счет большой центробежной силы, происходит выделение оставшейся органики и осветленная вода, через фильтр поз. 16, подается в 1 отсек поз. 6, модуля гидросепарации.
Отобранная тяжелая фракция на вибросите поз. 17 разделяется на камни и стекло, а водный поток, насыщенный песком, направляется центробежным насосом поз. 18 на второй гидроциклон поз. 19 для отделения песка и очищения воды. После гидроциклона поз. 19, очищенная вода подается на форсунки модуля начального разделения поз. 5. Пластик, полиэтилен передается на утилизацию в пиролизной установке поз. 20. Органическая фракция после гидроциклона поз. 15 и сепарационного винтового конвейера поз. 13 доизмельчается на мацераторе. Для обеспечения работы установки аэрлифт, установлена центробежная воздуходувка, для удаления металлической составляющей, предусмотрен магнитный сепаратор.
Обработка (сортировка) предлагаемым в составе комплекса методом гидросепарации гарантирует степень разделения смешанных отходов на уровне более 90% по видам фракции (стекло, резина, пластик, органика, камни, песок и т.д.)
2. Блок анаэробного сбраживания
После разделения механических примесей от органического сырья в блоке гидросепарации, механические примеси в виде (полиэтилена, пенопласта, мелких не удаленных примесей в процессе сортировки), ленточным транспортером удаляются из помещения на уличный контейнер для упаковки и отгрузке потребителям вторичного сырья либо установку пиролиза для получения пиролизного топлива. Органический субстрат, после предварительного измельчения, с концентрацией сухих веществ СВ 60-70%, самотеком поступает в емкость субстрата, где происходит его первичное интенсивное перемешивание. Из емкости субстрат оседиагональным насосом перекачивается на Мацератор (Измельчитель) для дополнительного измельчения субстрата и удаления оставшихся взвешенных твердых примесей. Измельченный (гомогенизированный субстрат), далее поступает через регулирующий клапан и расходомер, на окончательную подготовку к сбраживанию, смеситель гидрокинетической дезитеграции и предварительного нагрева субстрата, также в данный смеситель, через регулирующий клапан и расходомер, подается фильтрат обводного канала полигона ТБО из сборника (поз. 10), для разбавления исходного субстрата до 30% СВ и дальнейшей его нейтрализации в процессе анаэробного сбраживания. Анаэробное сбраживание фильтрата проводится, для его очистки с целью улучшения экологического состояния окружающей природной среды.
Метод анаэробного сбраживания имеет ряд преимуществ, таких как:
• возможность осуществлять очистку непосредственно в месте образования фильтрата;
• очистка стоков от микроорганизмов и яиц гельминтов;
• возможность получения альтернативного источника энергии - биогаза, образующегося в процессе сбраживания;
• отсутствие негативного воздействия на окружающую среду.
При термофильном сбраживания практически полностью погибают микроорганизмы семейства энтерогруппы (кишечныепалочки) и яйца гельминтов.
Из смесителя по трубопроводу, с контролем температуры и содержания СВ, субстрат поступает в реактор первичного гидролиза и усреднения субстрата с перемешивающим устройством, где происходит первичное разложение и формирование необходимого качества субстрата за счет добавления энзимов и жира. На фазе гидролиза бактерии расщепляют белки, жиры и углеводы на более простые молекулы, типа сахаров, аминокислот и т.п. Первичная стадия гидролиза проходит во временном интервале от 3 до 10 часов. Из реактора подготовленный субстрат, оседиагональным насосом, через спиральный теплообменник, подается в емкость хранения и сбраживания субстрата. На выходе из теплообменника температура субстрата повышается до 60°С. Процесс анаэробного сбраживания - это фаза гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза. В каждой фазе работает свой тип бактерий, причем количество видов бактерий, участвующих в каждой фазе. В емкости хранения и сбраживания субстрата, происходит завершающая стадия гидролиза и начинается процесс ацидогенеза. На фазе ацидогенеза образуются различные органические кислоты, а так же уксусная кислота, являющаяся основной составляющей для третьей стадии метаногенеза (образования метана). Разработанная технология предусматривает термофильное сбраживание при температуре 55-56°С. Для поддержания температурного баланса представленной технологии, предусмотрена мини котельная мощностью 3 Гкал с котлом Ква -3.0(70-95) или аналоги. Работа котельной предусматривается на двух видах топлива: жидкое печное, дизельное и пиролизное, а также биогаз - это предусматривает работу котельной на топливе, полученном в результате переработки отходов. На первоначальном этапе котельная вводится в эксплуатацию для запуска энергетического комплекса анаэробного сбраживания, необходимость поддержания определенных температур технологического процесса с помощью установленных теплообменников. При выходе на технологические параметры и получение стабильной выработки биогаза, включаются в работу ГПУ (газопоршневые установки). Отбор тепла на технологию переводится на ГПУ, котельное отделение выводится в резерв. ГПУ начинают вырабатывать эл. энергию, которая используется на обеспечение работы энергоцентра, а излишки передаются в электрораспределительную сеть. Емкости оборудованы насосами для гидроперемешивания субстрата во всех зонах, переточными трубами между ректорами, датчиками давления, температуры, уровнемерами и предохранительными клапанами от повышенного и пониженного давления. Технологический процесс предусматривает непрерывно поточный метод сбраживания субстрата, что позитивно влияет на качество брожения, максимальное получение биогаза. Термофильные условия способствуют более глубокому разложению ОВ также за счет повышения растворимости органических соединений и уменьшения степени кристаллизации целлюлозы. В ходе термофильного сбраживания достигается обеззараживание отходов. Это имеет большое значение для дальнейшей утилизации сброженной биомассы и ее использования в сельском и озеленительном хозяйствах, в том числе для формирования плодородного слоя.
При непрерывно поточном методе субстрат загружается в первую емкость и по мере заполнения через переточные трубы, поступает во вторую, третью и четвертую. На четвертой емкости практически прекращается образование метана и процесса брожения, образуется отброженный обеззараженный субстрат, который насосами перекачивается в сборник отработанного субстрата (поз. 25) и далее на шнековый обезвоживатель (поз. 26) для удаления твердой фракции в виде кека (гумуса), с содержанием 65-70% СВ. Который складируется на площадке и в дальнейшем, после проведения анализа, может быть использован как биоудобрение. Жидкая обеззараженная фракция отводится в обводной канал полигона, тем самым снижая токсичность находящегося в нем фильтрата, за счет разбавления. А также снижается нагрузка на очистные сооружения полигона. Либо отправляется на локальные очистные сооружения.
Удаление образовавшегося биогаза осуществляется по трубопроводам, оборудованным предохранительными клапанами и удалением конденсата через гидрозатворы, счетчиками, запорной арматурой, из каждой емкости с помощью вентилятора-компрессора. В каждой емкости автоматически поддерживается давление не более 20mbar., с помощью вентилятора-компрессора и автоматической запорной арматуры. По трубопроводам, после вентилятора-компрессора, биогаз направляется систему очистки биогаза от сероводорода и меркаптанов, трубопровод оборудован предохранительным клапаном с выводом на факел аварийного сжигания биогаза.
Технический результат
Ко-ферментация осадка сточных вод (ОСВ) и органической фракции ТБО (ОФ-ТБО) позволяет сбалансировать состав питательных веществ и влажность смеси и увеличить разнообразие микроорганизмов, участвующих в деградации отходов. Снижение влажности субстратов позволяет снизить потребление воды, расходы на обезвоживание сброженной биомассы и очистку фильтрационных вод, тепловые потери и энергоемкость процесса. Повышение нагрузки позволяет увеличить скорость образования и выход биогаза. В результате подобного способа переработки и утилизации возможно получение биоудобрений, биогаза и кормовой белок.
Биогаз - газообразная часть продуктов анаэробного разложения органических веществ, являющегося результатом жизнедеятельности симбиоза множества видов бактерий. То есть процесс анаэробного брожения - биологический процесс. Он существуют сам по себе и в природных условиях: во-первых, в желудках животных организмов, а во-вторых, в толще грунта или на дне водоемов, где затруднен доступ кислорода.
В силу таких исходно биологических свойств техпроцесса работы биогазовой установки невозможно абсолютно точно подсчитать заранее такие выходные параметры, как глубину разложения биомассы, удельный выход биогаза и его состав.
Характеристика биоудобрений
Получение биогумуса при производстве биогаза. Нерациональное использование органических отходов является причиной значительных потерь растительных питательных веществ, в которых нуждается сельское хозяйство для поддержки плодородия почв. Применение биогазовых технологий способно обеспечит максимальное использование доступных сельскому населению ресурсов: остающихся после выработки биогаза биошлам, который представляет собой удобрение, повышающее общее качество земель и увеличивающее урожайность.
Фосфат и калий. Содержание фосфата (форма фосфора, напрямую усваиваемая растениями) не изменяется в процессе ферментации сырья. В этой форме растениями может быть усвоено около 50% общего содержания фосфора. Ферментация не влияет на содержание калия, от 75 до 100% которого может быть усвоено растениями.
Азот. В отличие от фосфата и калия, некоторое количество азота изменяется в процессе ферментации. Около 75% азота, содержащегося в свежем навозе, становится частью органических макромолекул, остальные 25% представлены в минеральной форме. После переработки в биогазовой установке около 50% азота в биоудобрении находятся в органической форме, и 50% - в минеральной. Минеральный азот может быть напрямую усвоен растениями, а органический азот должен сначала минерализоваться с помощью почвенных микроорганизмов.
Claims (7)
1. Способ переработки и утилизации отходов, включающий в себя семь стадий: магнитную сепарацию; разделение фракций; разделение всплывающих фракций; измельчение и подготовку к сбраживанию органической фракции; подачу фракций на гидролиз и последующее сбраживание; обезвоживание отработанного субстрата, с возможностью дальнейшего использования в качестве биоудобрения либо как исходное сырье для производства биогумуса, отличающийся тем, что перекачку образовавшегося после сбраживания биогаза осуществляют по трубопроводу, включающему в себя систему очистки биогаза от сероводорода и меркаптанов, причем при стабильной выработке биогаза запускают цикл системы самообеспечения за счет работы газопоршневых установок.
2. Способ переработки и утилизации отходов по п. 1, отличающийся тем, что с помощью гидросепарации и анаэробного сбраживания обеспечивают разделения смешанных отходов на уровне более 90% по видам фракции с целью их дальнейшей утилизации и получением биогаза и биоудобрений.
3. Способ переработки и утилизации отходов по п. 1, отличающийся наличием технологии анаэробного термофильного сбраживания при температуре 50-62°С для обеспечения полного обеззараживания от патогенов.
4. Способ переработки и утилизации отходов по п. 1, отличающийся тем, что в биореакторах применена технология гидроперемешивания.
5. Способ переработки и утилизации отходов по п. 1, отличающийся тем, что биореакторы установки выполнены с конусным исполнения днища.
6. Способ переработки и утилизации отходов по п. 1, отличающийся тем, что в блоке гидросепарации спроектирован замкнутый контур оборота воды для повышения насыщаемости воды органикой.
7. Способ переработки и утилизации отходов по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод перекачки биогаза оборудован предохранительным клапаном с выводом на факел аварийного сжигания биогаза.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144631A RU2794929C2 (ru) | 2019-12-27 | Способ переработки и утилизации органических и бытовых отходов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144631A RU2794929C2 (ru) | 2019-12-27 | Способ переработки и утилизации органических и бытовых отходов |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019144631A RU2019144631A (ru) | 2021-08-24 |
| RU2019144631A3 RU2019144631A3 (ru) | 2021-12-27 |
| RU2794929C2 true RU2794929C2 (ru) | 2023-04-25 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA199800612A1 (ru) * | 1995-12-29 | 1999-02-25 | Инновал Мэнэджмент Лимитед | Способ промышленной утилизации мусора с эффективной рециркуляцией и оптимизацией производства энергии |
| RU76541U1 (ru) * | 2008-05-19 | 2008-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" | Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов |
| CN101585044A (zh) * | 2009-06-17 | 2009-11-25 | 宝林 | 餐厨垃圾酸化水解处理方法 |
| CN102319722A (zh) * | 2011-07-25 | 2012-01-18 | 重庆大学 | 混装城市生活垃圾资源化处理工艺 |
| RU2441720C1 (ru) * | 2010-08-02 | 2012-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ комплексной переработки органических отходов |
| RU115244U1 (ru) * | 2011-10-19 | 2012-04-27 | Валерий Вильгельмович Петрашкевич | Устройство для гидросепарации бытовых отходов |
| EA201800035A1 (ru) * | 2017-10-31 | 2019-05-31 | Аккуратнов, Дмитрий Владимирович | Лабораторный анаэробный биогазовый реактор |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA199800612A1 (ru) * | 1995-12-29 | 1999-02-25 | Инновал Мэнэджмент Лимитед | Способ промышленной утилизации мусора с эффективной рециркуляцией и оптимизацией производства энергии |
| RU76541U1 (ru) * | 2008-05-19 | 2008-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный агроинженерный университет" | Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов |
| CN101585044A (zh) * | 2009-06-17 | 2009-11-25 | 宝林 | 餐厨垃圾酸化水解处理方法 |
| RU2441720C1 (ru) * | 2010-08-02 | 2012-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ комплексной переработки органических отходов |
| CN102319722A (zh) * | 2011-07-25 | 2012-01-18 | 重庆大学 | 混装城市生活垃圾资源化处理工艺 |
| RU115244U1 (ru) * | 2011-10-19 | 2012-04-27 | Валерий Вильгельмович Петрашкевич | Устройство для гидросепарации бытовых отходов |
| EA201800035A1 (ru) * | 2017-10-31 | 2019-05-31 | Аккуратнов, Дмитрий Владимирович | Лабораторный анаэробный биогазовый реактор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101337838B (zh) | 有机固体废弃物联合厌氧发酵方法 | |
| Gallert et al. | Scale-up of anaerobic digestion of the biowaste fraction from domestic wastes | |
| CN101709004B (zh) | 一种畜禽废物综合处理与资源利用方法 | |
| CN102921711B (zh) | 一种有机固体废弃物再生资源化处理方法及设备系统 | |
| US9567611B2 (en) | Two-stage anaerobic digestion systems wherein one of the stages comprises a two-phase system | |
| CN102286541A (zh) | 一种餐厨垃圾、城市污泥和城市粪便制备沼气的方法 | |
| CN101913747B (zh) | 一种利用造纸污泥和餐厨垃圾联合发酵产甲烷的方法 | |
| CN115069739A (zh) | 厨余垃圾双向强化多源协同全量资源化处理系统及工艺 | |
| CN105414158B (zh) | 一种用于餐厨垃圾的厌氧发酵耦合水热液化的处理方法 | |
| Makisha et al. | Production of biogas at wastewater treatment plants and its further application | |
| CN202139229U (zh) | 沼气及生物有机肥一体化生产系统 | |
| Rao et al. | Multi stage high rate biomethanation of poultry litter with self mixed anaerobic digester | |
| Ficara et al. | Growth of microalgal biomass on supernatant from biosolid dewatering | |
| CN102321673A (zh) | 固体有机废弃物制生物燃气的方法及设备 | |
| CN112673078A (zh) | 用于由生物质生产生物油和生物气的方法 | |
| Flotats | Biogas: perspectives of an old technology | |
| Dölle et al. | From fossil fuels to renewable biogas production from biomass based feedstock—a review of anaerobic digester systems | |
| CN106282245B (zh) | 新型有机垃圾资源化回用方法及系统 | |
| Nutiu | Anaerobic purification installation with production of biogas and liquid fertilizers | |
| CN100579923C (zh) | “蚯蚓-水生植物-厌氧微生物”联合处理有机废水工艺 | |
| CN203144239U (zh) | 一种处理有机废水的系统 | |
| Nalo et al. | Anaerobic digestion of municipal solid waste: a critical analysis | |
| Kuusik et al. | Anaerobic co-digestion of sewage sludge with fish farming waste | |
| Saleh et al. | The potential of sustainable biogas production from animal waste | |
| RU2794929C2 (ru) | Способ переработки и утилизации органических и бытовых отходов |