Имя изобретателя: Торбен А. Бонде (DK); Ларс Йорген Педерсен (DK)
Имя патентообладателя: Грин Фарм Энерджи А/С (DK)
Адрес для переписки: 109240, Москва, Котельническая наб., 1/15, корп.А/Б, офис № 8, "Константин Шилан и Ко.", пат.пов. К.А.Шилану
Дата начала действия патента: 2001.08.22

Изобретение относится к анаэробному сбраживанию навоза животных, энергетической биомассы и тому подобных органических субстратов. Способ включает получение органического материала, содержащего твердую и/или жидкую фракции; обработку упомянутого органического материала на этапе обработки известью под давлением при температуре от 100 до 220°С, приводящий к гидролизу органического материала, при этом известь состоит из Са(ОН)₃ и/или СаО, и на этапе отделения аммиака от упомянутого материала, обработанного известью под давлением. При этом известь, добавляемая для отделения аммиака и обеззараживания органического материала, осаждает растворенный ортофосфат. Технический эффект - получаемый обработанный органический материал характеризуется пониженным количеством жизнеспособных микроорганизмов и/или прионов, позволяющий перерабатывать питательные вещества, содержащиеся в сброженной биомассе, в удобрение коммерческого качества.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый аспект настоящего изобретения относится к анаэробному сбраживанию навоза животных (метод ликвидационной переработки отстойных масс), энергетической биомассы и тому подобных органических субстратов. Технология обеспечивает переработку питательных веществ, содержащихся в сброженной биомассе, в удобрение коммерческого качества. Желательно, чтобы в общей концепции оптимизации внутренних и внешних характеристик животноводческих хозяйств были объединены система разделения биогаза и иловых осадков по настоящему изобретению и работа животноводческих хозяйств.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения возможно удаление отходов животноводства в виде туш животных, отходов скотобойни, мясокостной кормовой муки и т.п. На установке отходы перерабатываются в удобрения для применения на сельскохозяйственных угодьях. В процессе переработки возможное содержание BSE (спонгиоформная (губчатая) энцефалопатия коров («бешенство коров»)) - прионов или других прионов в значительной степени снижается, или исключается совсем. Продукты животноводства в данном случае используются не как фураж, а как удобрение. Разложение возможных BSE-прионов в биомассе, перерабатываемой на установке, вместе с использованием переработанной биомассы в качестве удобрения вместо фуража в значительной степени уменьшает, или исключает совсем, риск инфекционного заражения животных или людей BSE-прионами или их модификациями.

Внутренние характеристики связаны с аспектами качества, имеющими отношение к управлению животноводческими фермами, и включают промышленную гигиену, условия содержания животных, контроль за выбросами газов и пыли и безопасность пищевых продуктов. Внешние характеристики связаны, главным образом, с производством энергии и контролем за выходом в окружающую среду питательных веществ и газов теплиц и продажей высококачественных пищевых продуктов, а также с альтернативным путем удаления туш животных и т.п.

Отделение аммиака

Химия аммиака хорошо известна и отделение аммиака от различных жидкостей является хорошо известной промышленной технологией. Например, эта технология применяется в сахарной промышленности (Бунерт и др., 1995 г., Чакук и др. 1994 г., Бенито и Куберо, 1996 г.) и муниципалитетами при обработке отвалов мусорных свалок (Чеунг и др. 1997 г.). Аммиак может также отделяться от иловых осадков свиноферм на основе тех же принципов, что и в промышленности (Ляо и др., 1995 г.).

Основной принцип, который используется при крупномасштабном отделении аммиака, состоит в повышении уровня рН и аэрировании и нагреве сточных вод или иловых осадков. Для повышения уровня рН часто используется Са(ОН)₂ или СаО. Могут использоваться и другие основания типа NaOH или КОН. Однако при промышленных масштабах производства используется известь, например в цементной промышленности, которая обходится дешево и всегда доступна как массовый продукт.

С целью отделения аммиака путем поглощения с получением концентрата аммиака применяются абсорбционные колонны, в которых часто используется серная кислота. Серная кислота технического качества является массовым продуктом, используемым в промышленности, и доступна для использования в абсорбционных колоннах для отделения аммиака от иловых осадков и других сточных вод (например, Сакук и др., 1994 г.).

На основе опыта, полученного в сахарной промышленности, было найдено, что наиболее подходящими являются следующие параметры: температура 70°С; уровень рН в пределах 10-12; соотношение жидкой фракции к газообразной, равное 1:800, при эффективности 96%.

Для случая отделения аммиака от иловых осадков при низких температурах были найдены следующие оптимальные параметры: температура 22°С; уровень рН около 10-12; отношение жидкой фракции к газообразной, равное 1:1200, при 90% эффективности и работе в течение 150 ч (Ляо и др., 1995 г.).

Ссылки

Бенито Г.Г. и Куберо М.Т.Г. (1996 г.) Удаление аммиака из потоков конденсата свекольно-сахарного производства системой отделения-реабсорбции. Сахарная промышленность, 121, 721-726.

Benito G.G. and Cubero M.T.G. (1996) Ammonia elimination from beet sugar factory condensate streams by a stripping-reabsorbing system. Zuckerindustrie 121, 721-726.

Бунерт У., Бучус Р., Брунс М., и Бухольц К. (1995 г.) Отделение аммиака. Сахарная промышленность, 120, 960-969.

Bunert U., Buczys R., Bruhns M., and Buchholz K. (1995) Ammonia stripping. Zuckerindustrie 120,960-969.

Чачук А., Зарзуки Р. и Ичиек Дж. (1994 г.) Математическая модель абсорбционных отгонных колонн для удаления аммиака из конденсатов. Сахарная промышленность, 119, 1008-1015.

Chacuk A., Zarzycki R., and Iciek J. (1994) A mathematical model of absorption stripping columns for removal of ammonia from condensates. Zuckerindustrie 119,1008-1015.

Чеунг К.С., Чу Л.М и Уонг М.Х. (1997 г.) Отделение аммиака как предварительная обработка для выщелачивания свалок. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 1994 г., 209-221.

Cheung К.С., Chu L.M., and Wong M. Н. (1997) Ammonia stripping as a pre-treatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Ляо, П.Х., Чен А., и Ло К.В. (1995 г.) Удаление азота из сточных вод свинофермы путем отделения аммиака. Биотехнология и Прикладная Микробиология. 54, ИТ-20.

Liao, Р. Н., Chen A., and Lo К. V. (1995) Removal of nitrogen from swine manure wastewaters by ammonia stripping. Biotechnology & Applied Microbiology 54, IT-20.

Щелочной и термический гидролизы

Предварительная тепловая обработка биомассы перед анаэробным сбраживанием - технология, которая хорошо описана в литературе, например, авторами Ли и Ниоке (1992 г.). В последние годы предварительная тепловая обработка городских отходов также использовалась в промышленном масштабе фирмой Камби АС, Биллингстад, Норвегия (Cambi AS, Billingstad, Norway).

Уанг и др. (1997 г (а и b)) обнаружили, что предварительная тепловая обработка городских отходов при 60°С и пребывание в воде в течение 8 дней приводят к увеличенному выходу метана (52,1%). Подобный результат был получен авторами Танака и др. (1997 г.), однако сочетание этого способа с щелочным гидролизом дало самое большое увеличение выхода газа (200%). МкКарти и др. выполнили ряд исследований, в которых показали, что сочетание термического и щелочного гидролиза значительно увеличивает выход газа. Однако перед тем как химический гидролиз значительно увеличит выход газа, необходимо, чтобы уровень рН составлял приблизительно 10-12, но предпочтительно 11 или выше.

Результаты исследований, выполненные Уангом и др. (1997 г.) и приведенные в разделе 2.1 показали, что при стандартных параметрах отделения аммиака (рН приблизительно 10-12, предпочтительно 11 или больше и температура приблизительно 70°С или больше в течение недели) выход газа увеличивается.

Ссылки

Ли У.У. и Ноике Т. (1992 г.) Модернизация анаэробного сбраживания активных иловых осадков сточных вод путем предварительной тепловой обработки. Наука и технология воды 26, 3-4.

Li Y.Y., and Noike T. (1992) Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by thermal pre-treatment. Water Science and Technology 26, 3-4.

МкКарти П.Л, Юнг Л.И., Госсетт Дж.М., Стакей Д.С. и Хили младший Дж.Б. Термическая обработка с целью увеличения выхода метана из органических материалов. Стэнфордский Университет, Калифорния 94305, США.

McCarty P.L, Young L.Y., Gossett J.M., Stuckey D.С., and Healy JR.J.B. Heat treatment for increasing methane yield from organic materials. Stanford University, California 94305, USA.

Танака С., Кобаяши Т., Камияма К. и Билдан М.Л.Н.С. (1997 г.). Влияние тепло-химической предварительной обработки на анаэробное сбраживание удаляемых активных иловых осадков сточных вод. Наука и технология воды. 35, 209-215.

Tanaka S., Kobayashi Т. Kamiyama К. and Bildan M.L.N.S. (1997) Effects of thermo chemical pre-treatment on the anaerobic digestion of waste activated sludge. Water Science and Technology 35,209-215.

Уанг К., Ногучи С., Хара У., Шарон К., Какимото К. и Като У. (1997 г. (а)) Исследования механизмов анаэробного сбраживания: Влияние температуры предварительной обработки на биологическое разложение удаляемых активных иловых осадков сточных вод. Технология окружающей среды. 18, 999-1008.

Wang Q., Noguchi С., Hara Y., Sharon С., Kakimoto К., and Kato Y. (1997a) Studies on anaerobic digestion mechanisms: Influence of pre-treatment temperature on biodegradation of waste activated sludge. Environmental Technology 18, 999-1008.

Уанг К., Ногучи С.К., Кунинобу M., Хара У., Какимото К., Огава Х.И., и Като У. (1997 г. (b)). Влияние времени пребывания в воде на анаэробное сбраживание предварительно обработанных иловых осадков. Методы Биотехнологии. 11, 105-108.

Wang Q., Noguchi С.К:, Kuninobu M., Hara Y., Kakimoto К. Ogawa H.I. and Kato Y. (1997b) Influence of hydraulic retention time on anaerobic digestion of pre-treated sludge. Biotechnology Techniques 11,105-108.

Санитарная обработка

Санитарная обработка иловых осадков перед транспортировкой и использованием в поле составляет важную стратегию, обеспечивающую сокращение риска распространения насекомых, вирусов, бактерий и паразитов (например, Бендихен, 1999 г.). Анаэробное сбраживание оказалось эффективным средством уменьшения числа насекомых в иловых осадках, но не привело к полному удалению этих организмов (Бендихен, 1999 г.; Пагилла и др., 2000 г.). Использование СаО для обеззараживания иловых осадков сточных вод также показало, что число яиц Ascaris и паразитов (Эриксен и др., 1996 г.) и вирусов значительно сократилось, но они не исчезли полностью (Тернер и Бертон, 1997 г.).

Ссылки

Бендихен Х.Дж. Гигиеническая безопасность - результаты научных исследований в Дании (требования обеззараживания на датских установках для получения биогаза). Семинар, март 1999 г.. Рабочая группа по биоэнергии.

Bendixen H.J. Hygienic safety - results of scientific investigations in Denmark (sanitation requirements in Danish biogas plants). Hohenheimer Seminar IEA Bio-energy Workshop March 1999.

Эриксен Л., Андерсен П., Илсое Б. (1996 г.) Инактивация яиц Аскарид за время хранения в иловых осадках сточных вод, обработанных известью. Водное Исследование. 30, 1026-1029.

Eriksen L, Andreasen P. Ilsoe B. (1996) Inactivation of Ascaris suum eggs during storage in lime treated sewage sludge. Water Research 30, 1026-1029.

Пагилла К.Р., Ким X., и Чеунбарн Т. (2000 г.) Аэробная термофильная и мезофильная обработка отходов свиноферм. Водное Исследование. 34, 2747-2753.

Pagilla К.R., Kirn H., and Cheunbarn T. (2000) Aerobic thermopile and anaerobic mesopile treatment of swine waste. Water Research 34, 2747-2753.

Тернер С. и Бертон К. X. (1997) Инактивация вирусов в иловых осадках свиноферм. Обзор. Технология биоресурсов. 61, 9-20.

Turner С. and Burton С.H. (1997) The inactivation of viruses in pig slurries: a review. Bioresource Technology 61,9-20.

Пена

Пенообразование, связанное с анаэробным сбраживанием, может вызвать серьезную проблему для работы бродильного аппарата. Существует множество веществ, используемых для устранения пены, включая различные полимеры, растительные масла (например, рапсовое масло) и различные соли (например, Вардар-Сукан, 1998 г.). Однако полимеры могут нанести вред окружающей среде и часто бывают дороги и неэффективны.

Ссылки

Вардар-Сукан Ф. (1998 г.) Пенообразование: последствия, предотвращение и разрушение. Успехи Биотехнологии. 16, 913-948.

Vardar-Sukan F. (1998) Foaming: consequences, prevention and destruction. Biotechnology Advances 16, 913-948.

Флокуляция

Ионы кальция известны как средство флокуляции веществ и частиц в результате формирования мостиков кальция между органическими и минеральными веществами в растворе или суспензии, что обеспечивает формирование частиц в "хлопья" (например, Санин и Весилинд, 1996 г.). По этой причине кальций используется для обезвоживания иловых осадков сточных вод (Хиггинз и Новак, 1997 г.).

Ссылки

Хиггинз М.Дж. и Новак Дж.Т. (1997 г.). Действие катионов на осаждение и обезвоживание активных иловых осадков: Лабораторные результаты. Исследование водной среды, 69, 215-224.

Higgins M.J. and Novak J.T. (1997). The effects of cations on the settling and dewatering of activated sludge's: Laboratory results. Water Environment Research 69, 215-224.

Санин Ф.Д. и Весилинд П.А. (1996 г.) Синтетические иловые осадки: физическая/химическая модель в понимании био-флокуляции. Исследование водной среды. 68, 927-933.

Sanin F.D., and Vesilind P.A. (1996) Synthetic sludge: A physical/chemical model in understanding bio flocculation. Water Environment Research 68, 927-933.

Разделение иловых осадков с помощью декантирующей центрифуги, отделение фосфора

В течение последних 100 лет декантирующие центрифуги применились во множестве индустриальных процессов.

К числу последних примеров использования декантирующих центрифуг можно отнести установку Ново-Нординск в городе Калунборге, в которой обрабатываются все отходы больших установок по ферментации инсулина. С помощью декантирующей центрифуги производится обезвоживание иловых осадков городских отходов (Альфа Лаваль A/S). Декантирующие центрифуги отделяют сухое (твердое) вещество от иловых осадков или отходов, в то время как водная фракция или сбросная вода направляется на обычную станцию очистки сточных вод.

Эксперименты с разделением навозной жижи рогатого скота, свиней и дегазированных иловых осадков показывают, что декантирующие центрифуги могут легко обрабатывать все виды навоза. Было обнаружено, что центрифуги удаляют из предварительно сброженной, прогретой жижи приблизительно 70% сухого вещества, 60-80% всего фосфора и только 14% всего азота (Меллер и др., 1999 г.; Меллер, 2000 г. (а)). Соответствующие значения для необработанной навозной жижи рогатого скота и свиней были несколько ниже. Следует отметить, что из отходов удалялось только 14% всего азота.

Полная расчетная стоимость обработки составила 5 датских крон на 1 м³ иловых осадков при объеме иловых осадков 20000 тонн или больше. В тех случаях, когда объем иловых осадков превышает 20000 тонн, использование декантирующих центрифуг для отделения сухого вещества и всего фосфора от иловых осадков является более эффективным (Меллер и др., 1999 г.).

При нормальных условиях обрабатывать иловые осадки в декантирующей центрифуге невыгодно, потому что это не связано ни с каким сокращением объема или другими выгодами для фермеров. При внесении обработанных иловых осадков в поле в результате повышенной скорости инфильтрации в почве может быть несколько уменьшена потеря аммиака (Меллер, 2000 г. (b)), но для фермеров применение декантирующей центрифуги не является побудительным стимулом.

Ссылки

Moller Н.В. (2000а) Opkoncentrering af ngeringsstoffer i husdyrgodning med dekantercentrifuge og skruepresse. Notat 12. September 2000, Forskningscenter Bygholm.

Mller H.B. (2000b) Gode resultater med at separere gylle. Maskinbladet 25. august, 2000.

Меллер Х.Б., Лунд И. и Соммер С.Г. (1999 г.) Отделение твердой фракции навозной жижи скота от жидкой: эффективность и стоимость.

Moller Н.В., Lund I., and Sommer S.G. (1999) Solid-liquid separation of livestock slurry: efficiency and cost

Alfa Laval A/S Gylleseparering. Separeringsresultater med decantercentrifuge.

Осаждение фосфора

Почти немедленно после введения кальция в виде фосфата кальция Са₃(РО₄)₂ фосфор осаждается из раствора (Чеунг и др., 1995 г.).

Cheung К.С., Chu L M., and Wong M.Н. (1997) Ammonia stripping as a pre-treatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Предотвращение образования струверита

Еще одним важным аспектом является то, что осаждение фосфора вместе с отделением аммиака предотвращает образование струверита (MgNF₄ PO₄). Струверит создает серьезную проблему в теплообменниках, при транспортировке по трубам и т.д. (Крюгер, 1993 г.). Механизм состоит в удалении фосфора через образование СаРО₄ , а также в удалении аммиака посредством его отделения. При удалении фосфора и аммиака струверит не образуется.

Krüger (1993) Struvit dannelse i biogasfsellesanlaeg. Krüger WasteSystems AS.

Фильтрация сбросной воды

Системы доочистки иловых осадков и мембранной фильтрации сбросной воды в последние 10 лет были представлены в виде, например, мембранных установок (BioScan A/S, Ansager ApS) и установок на основе парового сжатия (Funki A/S, Bjornkj r Maskinfabrikker A/S). Эти системы приводят к валовым издержкам на 1 м³иловых осадков, равным 50-100 датских крон. К тому же эти установки не могут обрабатывать другие типы навоза, кроме жидкой фракции навоза свиноферм.

Сокращение объема, полученное при использовании этих установок, часто составляет не больше 50-60%, а это значит, что внесение остатков в поле в любом случае зависит от обычных устройств. Следовательно, эти установки не конкурентоспособны из-за уровня издержек и/или ограниченного сокращения объема.

Однако важно обсудить и понять уровень издержек при использовании этих установок. Важно также рассмотреть использование энергии в виде электричества, которое обеспечивает механическое паровое сжатие, которое составляет приблизительно 50 кВт·ч на 1 тонну обработанных иловых осадков. Это означает, что применение мембран может оказаться конкурентоспособным по сравнению с технологией испарения, если предположить, что водная фракция, которая будет отфильтрована, состоит из солей и минимальных количеств сухого вещества, которые не вызывают проблем минерализации.

Ссылки

Аргаман У. (1984 г.) Удаление азота из иловых осадков в окислительном канале. Водное исследование. 18, 1493-1500.

Argaman Y. (1984) Single sludge nitrogen removal in an oxidation ditch. Water Research 18, 1493-1500.

Блоуин М., Бисаиллон Дж.Г., Беудет Р. и Ишагу М. (1988 г.) Аэробное биологическое разложение органического вещества отходов свиноферм. Биологические Отходы. 25, 127-139.

Blouin M., Bisaillon J.G., Beudet R., and Ishague M. (1988) Aerobic biodegradation of organic matter of swine waste. Biological Wastes 25,127-139.

Боухабила Е.Х., Эйм Р.Б. и Буиссон X. (1998 г.) Микрофильтрация активных иловых осадков с использованием погружной мембраны с барботированием воздуха (использование для обработки сточных вод). Опреснение. 118, 315-322.

Bouhabila E.H., Aim R.В., and Buisson H. (1998) Micro filtration of activated sludge using submerged membrane with air bubbling (application to wastewater treatment). Desalination 118, 315-322.

Бертон С.Х., Снит Р.У., Мисселбрук Т.Х. и Пэйн Б.Ф. (1998 г.) Журнал исследований по агротехнике. 71, 203.

Burton С.H., Sneath R.W., Misselbrook T.H., and Pain B.F. (1998) Journal of Agricultural Engineering Research 71, 203.

Камарро Л, Диаз Дж.М. и Ромеро Ф. (1996 г.) Доочистка анаэробно сброженных иловых осадков свинофермы. Биомасса и Биоэнергия. 11, 483-489.

Camarro L, Diaz J. M. and Romero F. (1996) Final treatments for anaerobically digested piggery effluents. Biomass and Bioenergy 11, 483-489.

Дойле У. и Де Ла Нойе Дж. (1987 г.) Аэробная очистка свиного навоза: Физико-химические аспекты. Биологические Отходы. 22, 187-208.

Doyle Y. and de la Noüe J. (1987) Aerobic treatment of swine manure: Physico-chemical aspects. Biological Wastes 22, 187-208.

Энгелхард Н., Фирк У. и Уарнкен У. (1998 г.) Включение мембранной фильтрации в процесс очистки активных иловых осадков при обработке городских сточных вод. Наука и технология воды. 38, 429-436.

Engelhardt N.. Firk W., and Warnken W (1998) Integration of membrane filtration into the activated sludge process in municipal wastewater treatment. Water Science and Technology 38, 429-436.

Гаррауэй Дж.Л. (1982 г.) Исследования по аэробной очистке иловых осадков свиноферм. Сельскохозяйственные Отходы. 4, 131-142.

Garraway J.L. (1982) Investigations on the aerobic treatment of pig slurry. Agricultural Wastes 4, 131-142.

Гинниван М.Дж. (1983 г.) Влияние аэрирования на запах и твердую фракцию отходов свиноферм. Сельскохозяйственные Отходы. 7, 197-207.

Ginnivan M.J. (1983) The effect of aeration on odour and solids of pig slurries. Agricultural Wastes 7.197-207.

Гененг И.Е. и Харремес П. (1985 г.) Нитрификация при вращении дисковых систем-1. Критерий перехода от кислорода до ограничения нормы аммиака. Исследование воды. 19, 1119-1127.

Gönenc I.E. and Harremoes P. (1985) Nitrification in rotating disc systems-1. Criteria for transition from oxygen to ammonia rate limitation. Water Research 19,1119-1127.

Скотт Дж.А.; Нейлсон Д.Дж., Лиу У. и Бун П.Н. (1998 г.) Система биореактора с двойной функцией мембраны для увеличенной аэробной обработки высокопрочных промышленных отходов. Наука и технология воды. 38, 413-420.

Scott J.A.; Neilson D.J. Liu W., and Boon P.N. (1998) A dual function membrane bioreactor system for enhanced aerobic remediation of high-strength industrial waste. Water Science and Technology 38, 413-420.

Силва С.М., Риве Д.У., Хузиан X., Раби Х.Р. и Вудхауз К.А. (2000 г.) Журнал науки о мембранах. 173, 87-98.

Silva С.М., Reeve D.W., Husain H., Rabie H.R., and Woodhouse K.A. (2000) Journal of Membrane Science 173. 87-98.

Висванатан С., Янг Б-С., Муттамара С. и Майтанукро Р. (1997 г.) Применение обратной продувки воздуха в мембранном биореакторе. Наука и технология воды. 36, 259-266.

Visvanathan С., Yang B-S., Muttamara S., and Maythanukhraw R. (1997) Application of air back flushing in membrane bioreactor. Water Science and Technology 36, 259-266.

Заиоум Р., Корон-Рамстрим А-Ф., Гер Р. (1996 г.) Заключительное осветление объединенной фильтрацией в баке аэрирования активных иловых осадков. Технология окружающей среды. 17, 1007-1014.

Zaioum R., Coron-Ramstrim A-F. Gehr R. (1996) Final clarification by integrated filtration within the activated sludge aeration tank. Environmental Technology 17, 1007-1014.

Тепловая обработка в извести

Термический и химический гидролиз при температурах меньше 100°С и давлениях около 1 атм повышает вероятность получения биогаза из органического вещества. Однако при такой обработке сложные углеводы типа целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина гидролизуются не полностью. При такой обработке волокна соломы, кукурузы и других зерновых культур не пригодны для получения метана (Биерре и др. 1996 г.; Шмидт и Томсен, 1998 г.; Томсен и Шмидт 1999 г.; Сирохи и Раи 1998 г.). Тепловая обработка в извести при умеренных температурах около 100°С хорошо подходит для подготовки этих субстратов к микробному разложению (Курелли и др. 1997 г.; Чанг и др. 1997 г.; Чанг и др. 1998 г.).

Такая обработка волокон целлюлозы сахарного тростника размером 0,5 мм (4% СаО, при 200°С и 16 бар) обеспечивает разложение целлюлозы на такие органические кислоты небольшой массы, как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота и т.д. При обработке целлюлозы 70% соответствующего количества углеводородов типа чистой глюкозы (Аззам и Назер, 1993 г.) переходит в метан. Кроме того, зеленые зерновые культуры можно обрабатывать известью в автоклаве, но при более низких температурах. Показано, что оптимальный результат достигается, когда водные гиацинты обрабатывались при рН 11 и температуре 121°С (Патель и др. 1993 г.).

Образование полициклических ароматических углеводородов и веществ, являющихся ингибиторами бактерий метана, может проходить при повышенных температурах (Варегий и др. 1993 г.; Патель и др., 1993 г.). Однако это явление не было замечено при относительно умеренных температурах, используемых при тепловой обработке в извести, по сравнению с обработкой при температурах пиролиза (Аззам и др., 1993 г.). Температуры пиролиза настолько высоки, что биомасса распадается непосредственно на такие газы как водород, метан и моноксид углерода, но к сожалению при этом образуются также полициклические ароматические углеводороды и другие загрязняющие вещества.

Ссылки

Аззам А.М. и Наср М.И. (1993 г.) Термофизико-химическая предварительная обработка отходов пищевой промышленности для усиления анаэробного сбраживания и ферментации биогаза. Журнал науки и техники по окружающей среде. 28, 1629-1649.

Azzam A.M. and Nasr M.I. (1993) Physicothermochemical pre-treatments of food processing waste for enhancing anaerobic digestion and biogas fermentation. Journal of Environmental Science and Engineering 28, 1629-1649.

Биерре А.Б., Ойсен А.Б., Фернкуист Т., Плогер А., Шмидт А.С. (1996 г.). Предварительная обработка соломы пшеницы с применением оксидирования во влажной атмосфере и щелочного гидролиза с получением преобразуемой целлюлозы и гемицеллюлозы. Биотехнология и Биоинженерия. 49, 568-577.

Bjerre А.В., Oiesen А.В., Fernquist T., Ploger A., Schmidt A.S. (1996) Pre-treatment of wheat straw using combined wet oxidation and alkaline hydrolysis resulting in convertible cellulose and hemicelluloses. Biotechnology and Bioengineering 49, 568-577.

Чанг B.C., Нагвани M., Хольцаппле М.Т. (1998 г.) Оригинальные статьи - предварительная обработка выжимок пожнивных остатков и соломы пшеницы известью. Прикладная Биохимия и Биотехнология. Часть А - Ферментная инженерия и биотехнология. 74, 135-160.

Chang V, S., Nagwani M., Holtzapple M.T. (1998) Original articles - Lime pre-treatment of crop residues bagasse and wheat straw. Applied Biochemistry and Biotechnology Part A-Enzyme Engineering and Biotechnology 74, 135-160.

Чанг B.C., Барри Б., Хольцаппле М.Т. (1997 г.) Предварительная обработка известью проса прутьевидного. Прикладная Биохимия и Биотехнология. Часть А - Ферментная инженерия и биотехнология. 63-65, 3-20.

Chang V.S., Barry В., Holtzapple M. T. (1997) Lime pre-treatment of switchgrass. Applied Biochemistry and Biotechnology Part A - Enzyme Engineering and Biotechnology 63-65, 3-20.

Курелли Н., Фадда М.Б., Ресчигно А., Ринальди А.С., Содду Г., Солаи Е., Ваккаргиу С.; Санджюст Е., Ридальди А. (1997 г.) Предварительная очистка соломы пшеницы в слабощелочной/окислительной среде. Биохимия Процесса. 32, 665-670.

Curelli N., Fadda M. В., Rescigno A., Rinaldi A. C., Soddu G., Sollai E., Vaccargiu S.; Sanjust E., Rinaldi A. (1997) Mild alkaline/oxidative pre-treatment of wheat straw. Process Biochemistry 32, 665-670.

Патель В., Десаи M. и Мадамуор Д. (1993 г.) Предварительная термохимическая обработка водяного гиацинта для улучшенной биометанации. Прикладная Биохимия и Биотехнология. 42, 67-74.

Patel V., Desai M., and Madamwar D. (1993) Thermo chemical pre-treatment of water hyacinth for improved biomethanation. Applied Biochemistry and Biotechnology 42, 67-74.

Шмидт А.С. и Томсен А.Б. (1998 г.) Оптимизация предварительной обработки соломы пшеницы с помощью влажного окисления. Технология биоресурса. 64,139-152.

Schmidt A.S. and Thomson A.B. (1998) Optimisation of wet oxidation pre-treatment of wheat straw. Bioresource Technology 64, 139-152.

Сирохи С.К. и Раи С.Н. (1998 г.) Оптимизация условий обработки соломы пшеницы известью: Влияние концентрации, влажности и времени обработки на химический состав и ин-витро сбраживание. Наука и технология корма, 74, 57-62.

Sirohi S.К. and Rai S. N. (1998) Optimisation of treatment conditions of wheat straw with lime: Effect of concentration, moisture content and treatment time on chemical composition and in vitro digestibility. Animal Feed Science and Technology 74, 57-62.

Томсен А.Б. и Шмидт А.С. (1999 г.) Дальнейшее развитие химических и биологических процессов для производства биоэтилового спирта: оптимизация предварительной обработки и характеризация продукции. Национальная Лаборатория Ризо, Роскилде, Дания.

Thomsen А.В. and Schmidt A.S. (1999) Further development of chemical and biological processes for production of bio ethanol: optimisation of pre-treatment processes and characterisation of products. Rise National Laboratory, Roskilde, Denmark.

Варегий Г., Жадо П., Мок У.С.Л и Антал М.Дж. (1993 г.) Кинетика термического разложения целлюлозы в герметизированных сосудах при повышенных давлениях. Журнал Сборника аналитического и прикладного пиролиза. 26, 159-174.

Varhegyi G., Szabo P., Mok W.S.L., and Antal M.J. (1993) Kinetics of the thermal decomposition of cellulose in sealed vessels at elevated pressures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 26, 159-174.

Силос из энергетической биомассы

Обычно энергетическая биомасса используется главным образом в виде твердого топлива для сжигания (ива как деревянные дрова, солома или целые семена) или как топливо для двигателей (рапсовое масло). В экспериментах свекла и солома используются для производства этилового спирта (Парсби; Симе, 2001 г.; Густавссон и др., 1995 г.; Уиман и Гудман, 1993 г.; Куч, 1998 г.). Широко распространено использование энергетической биомассы и в других частях мира, где проводятся обширные исследования. В документах широко представлено использование наземных, а также морских и пресноводных установок (Гунаселан, 1997 г.; Джюелл и др., 1993 г.; Джарвис и др., 1997 г.). В некоторых исследованиях показано, что анаэробная ферментация энергетической биомассы является конкурентоспособной по отношению к другому использованию биомассы (Чиновет Д.П., Оуэне Дж.М. и Легранд Р., 2001 г.).

Использование энергетической биомассы имеет хорошие стимулы. Использование соломы организовано таким образом, что это будет заметно в течение многих последующих лет. Использование деревянных дров кажется экономически и практически обоснованным. С другой стороны, сжигание зерна вызывает этические возражения. Производство зерновых также неизбежно связано с использованием удобрений и пестицидов и потерями азота на полях. Азот также теряется при сжигании биомассы.

Ссылки

Бек Дж. Совместная ферментация жидкого навоза и свеклы в качестве регенеративной энергии. Университет Хохенгейм, Факультет агротехники и животноводства.

Beck J. Co-fermentation of liquid manure and beets as a regenerative energy. University of Hohenheim, Dep. Agricultural Engineering and Animal Production. Personal communication.

Чиновет Д.П., Оуенс Дж.М. и Легранд Р. (2001 г.) Возобновляемый метан из анаэробного сбраживания биомассы. Возобновимая Энергия, 22,1-8.

Chynoweth D. P., Owens J. M., and Legrand R. (2001) Renewable methane from anaerobic digestion ofbiomass. Renewable Energy 22, 1-8.

Гунаселан В.Н. (1997 г.) Анаэробное сбраживание биомассы для производства метана: обзор. Биомасса и Биоэнергия, 13, 83-114.

Gunaseelan V. N. (1997) Anaerobic digestion ofbiomass for methane production: A review. Biomass and Bioenergy 13, 83-114.

Густавссон Л., Борьессон П., Бенгт Дж., Свеннингсон П. (1995 г.) Сокращение выделения CO₂ путем замены ископаемого топлива на биомассу. Энергия, 20, 1097-1113.

Gustavsson L, Borjesson P., Bengt J., Svenningsson P. (1995) Reducing CO₂ emissions by substituting biomass for fossil fuels. Energy 20, 1097-1113.

Джюелл В.Дж., Куммингс Р.Дж. и Ричардс Б.К. (1993 г.) Ферментация метана энергетической биомассы: максимальная кинетика преобразования и очистка биогаза на месте. Биомасса и Биоэнергия, 5, 261-278.

Jewell W.J., Cummings R.J., and Richards В.К. (1993) Methane fermentation of energy crops: maximum conversion kinetics and in situ biogas purification. Biomass and Bioenergy 5, 261-278.

Ярвис А., Нордберг А., Ярлсвик Т., Матьесен Б. и Свенссон Б.Х. (1997 г.) Улучшение технологии производства биогаза из силоса клевера при добавлении кобальта. Биомасса и Биоэнергия, 12, 453-460.

Jarvis A., Nordberg A., Jarlsvik Т., Mathiesen В., and Svensson В.Н. (1997) Improvement of a grass-clover silage-fed biogas process by the addition of cobalt. Biomass and Bioenergy 12, 453-460.

Куч П.Дж., Кроссуайт У.М. (1998 г.) Схема сельскохозяйственного регулирования и производство биомассы. Биомасса и Биоэнергия, 14, 333-339.

Kuch Р.J., Crosswhite W.M. (1998) The agricultural regulatory framework and biomass production. Biomass and Bioenergy 14, 333-339.

Parsby M. Halm og energiafgrЖ der - analyser af okonomi, energi og miljo. Rapport Nr. 87, Statens Jordbrugs og Fiskeriokonomiske Institut.

Симс Р.Х.Е. (2001 г.) Биоэнергия - возобновляемый приемник углерода. Возобновляемая Энергия, 22, 31-37.

Sims R.H.E. (2001) Bioenergy - a renewable carbon sink. Renewable Energy 22, 31-37.

Виман С.Е. и Годман Б.Дж. (1993 г.) Биотехнология для производства топлива, химикатов и материалов из биомассы. Прикладная Биохимия и Биотехнология, 39, 41-59.

Wyman С.Е. and Goodman В.J. (1993) Biotechnology for production of fuels chemicals and materials from biomass. Applied Biochemistry and Biotechnology 39, 41-59.

Банкс С.Дж. и Хамфрейс П.Н. (1998 г.) Анаэробная очистка лигноцеллюлозного субстрата с буферным действием с малым естественным уровнем рН. Наука и технология воды. 38, 29-35;

Banks С.J. and Humphreys P.N. (1998) The anaerobic treatment of a ligno-cellulosic substrate offering little natural pH buffering capacity. Water Science and Technology 38, 29-35;

Коллеран Е., Уилкие А., Барри М., Фаерти Г., O'Келли Н. и Рейнольдс П.Дж. (1983 г.) Одно- и двухступенчатое анаэробное сбраживание на фильтрах отходов сельскохозяйственного производств. Третий международный симпозиум по анаэробному сбраживанию, стр.285-312, Бостон, США (1983 г.).

Colleran Е., Wilkie A., Barry М., Faherty G, O'kelly N. and Reynolds P.J. (1983) One and two stage anaerobic filter digestion of agricultural wastes. Third Int. Symp. on Anaerobic Digestion, pp.285-312, Boston MA (1983).

Дугба П.Н. и Жанг Р. (1999 г.) Обработка иловых осадков молочного производства с двухступенчатыми анаэробными системами реактора группового секвенирования - работа в термофильном или мезофильном режиме. Технология биоресурсов, 68, 225-233.

Dugba P.N., and Zhang R. (1999) Treatment of dairy wastewater with two-stage anaerobic sequencing batch reactor systems - thermopile versus mesopile operations. Bioresource Technology 68, 225-233.

Гош С., Омбергт Дж.П. и Пипин П. (1985 г.) Производство метана из промышленных отходов с помощью двухфазного сбраживания. Исследование воды, 19, 1083-1088.

Ghosh S., Ombregt J.P., and Pipyn P. (1985) Methane production from industrial wastes by two-phase digestion. Water Research 19, 1083-1088.

Хан У., Санг С. и Дагу P.P. (1997 г.) Температурно-этапное анаэробное сбраживание иловых осадков. Наука и технология воды, 36, 367-374.

Han Y., Sung S., and Dague R.R. (1997) Temperature-phased anaerobic digestion of wastewater sludge's. Water Science and Technology 36, 367-374.

Крылова Н.И., Хабибуллин Р.Е., Наумова Р.П., Нагель М.А. (1997 г.) Влияние аммиака и методы удаления помета домашней птицы во время анаэробной обработки. Журнал Химической Технологии и Биотехнологии, 70, 99-105.

Krylova N.I., Khabiboulline R.E., Naumova R.P. Nagel M.A. (1997) The influence of ammonium and methods for removal during the anaerobic treatment of poultry manure. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 70, 99-105.

Хансен К.Х., Ангелидаки И., Аринг Б.К. (1998 г.) Анаэробное сбраживание свиного навоза: ингибирование аммиаком. Исследование воды, 32, 5-12.

Hansen К.Н., Angelidaki I., Ahring В.К. (1998) Anaerobic digestion of swine manure: inhibition by ammonia. Water Research 32, 5-12.

Кайаниан М. (1994 г.) Характеристики процесса анаэробного сбраживания твердых частиц при различных концентрациях аммиака. Журнал химической технологии и биотехнологии, 59, 349-352.

Kayhanian M. (1994) Performance of high-solids anaerobic digestion process under various ammonia concentrations. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 59, 349-352.

Уанг К., Ногучи С.К., Кунинобу М., Хара У., Какимото К., Огава Х.И., и Kato Y. (1997) Влияние времени пребывания в воде на анаэробное сбраживание предварительно обработанных иловых осадков. Методы Биотехнологии, 11, 105-108.

Wang Q., Noguchi С.К., Kuninobu М., Hara Y., Kakimoto К., Ogawa H.I., and Kato Y. (1997) Influence of hydraulic retention time on anaerobic digestion of pre-treated sludge. Biotechnology Techniques 11, 105-108.

Системы утилизации туш животных и т.д.

Существующая система утилизации туш животных предусматривает регистрацию установок, которые имеют лицензию на обработку туш животных. Сначала из туш животных получали мясокостную кормовую муку, которая традиционно использовалась в качестве корма для животных.

Настоящий кризис коровьего бешенства прекратил эту практику в соответствии с решением Комиссии Европейского Сообщества, в котором говорилось о том, что мясокостную кормовую муку нельзя использовать в качестве корма для животных.

Скотоводство и связанный с ним бизнес в Европе столкнулись с выбором: найти альтернативный путь использования мясокостной кормовой муки или альтернативный способ удаления этой муки. Однако это - трудная задача из-за ограничений, накладываемых риском распространения прионов-BSE или других прионов, которые возможно присутствуют в муке или в частях туш животных.

Использование мясокостной кормовой муки или туш животного на обычных установках для получения биогаза конечно не желательно и возможно только отчасти. Обработка туш животных на установках, получивших лицензию на обработку таких животных, обычно выполняется при температурах около 130°С, давлении приблизительно 2-3 бара и с выдержкой 20 мин. Такие условия не используются на обычных установках для получения биогаза.

Ниже приводятся патенты и заявки на патенты, в которых описан предшествующей уровень техники.

В DE 3737747 описывается установка и способ для отделения азота. К навозу добавляют СаО, с помощью которого отделяется аммиак, при этом упомянутый аммиак поглощается водным раствором, содержащим соляную кислоту. В данном примере не описано множество аспектов данного изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 4201166 описывается способ параллельной обработки различных органических отходов, при этом отходы разделяются на три фракции, содержащие различные количества твердых компонентов. Перед ферментацией и получением биогаза твердые фракции гомогенизируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 4444032 описывается установка и способ, в соответствии с которыми иловые осадки перемешиваются в первом реакторе, аэрируются и с целью отделения аммиака к ним добавляется известь до получения уровня рН 9,5. Во втором реакторе с целью нейтрализации иловых осадков и осаждения твердой фракции добавляется соль, содержащая железо и полимер. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 196615063 описывается процесс, в соответствии с которым аммиак отделяется от сброженного навоза. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В ЕР 0286115 описывается способ получения биогаза, в соответствии с которым в навоз вводятся жирные кислоты или составы, содержащие жирные кислоты. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В EP 0351922 описывается установка и способ, в соответствии с которыми от жидкого навоза отделяется аммиак, диоксид углерода и фосфат углерода. От фермы навоз цистернами транспортируется на установку, где иловые осадки обрабатывают горячим воздухом, и при этом отделяется часть аммиака и диоксида углерода. Оставшуюся часть иловых осадков нагревают и добавляют известь до получения уровня рН 10-11, при этом отделяется аммиак и образуется фосфат кальция. Отделяемый аммиак поглощается кислым раствором с формированием соли аммония, которая сушится и используется как удобрение. Для отделения твердой фракции от иловых осадков используется декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В ES 2100123 описывается установка и способ, в соответствии с которыми очищается жидкий навоз. Органические компоненты разлагаются и осажденная твердая фракция удаляется декантирующим центрифугированием. В жидкость добавляется кислота и она вносится в землю или проходит еще один этап очищения аэрированием и отделением аммиака. Очищенная жидкость направляется на водоочистительную установку. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, на раннем этапе отводится аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В FR 2576741 описывается процесс получения биогаза путем ферментации жидкого навоза. Иловые осадки обрабатываются известью, и получаемый осадок удаляется. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В GB 2013170 описывается установка и способ получения биогаза. В первом реакторе органический материал подкисляется, и удаляется твердая фракция. Жидкая фракция отводится во второй реактор, в котором происходит анаэробное сбраживание с получением газа метана. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, удаляется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 19644613 описывается способ получения твердых удобрений из навоза. В жидкий навоз вместе с СаО или Са(ОН)₂ добавляется субстрат от производства биогаза. Отделенный аммиак собирается. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 19828889 описывается совместная ферментация биомассы после сбора урожая и органических отходов с получением биогаза. Материал гомогенизируется и ферментируется. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4041182 описывается способ производства кормов для животных из органических отходов. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4100023 описывается установка и процесс для получения газа метана и удобрений. В первом реакторе происходит аэробное сбраживание гомогенизированного материала. Во втором реакторе, который нагрет, происходит анаэробное сбраживание и получение биогаза. Удобрения получают в жидком виде. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4329428 описывается установка для анаэробного сбраживания, в частности, материала из различных зеленых растений и использование полученного биогаза. В установке применяется разложение, вызываемое термофильными или мезофильными анаэробными бактериями. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, отделяется аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4579654 описывается установка и процесс для получения биогаза из органических материалов. Твердые материалы проходят гидролиз, подкисляются и ферментируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4668250 описываются процесс, в соответствии с которым с помощью аэрации от жидкости отделяется аммиак. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 4750454 описывается установка для анаэробного сбраживания навоза животных и использования биогаза, полученного в данном процессе. В установке применяется разложение, вызываемое термофильными или мезофильными анаэробными бактериями и используется местный газовый двигатель, оборудованный электрогенератором. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, отделяется аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5071559 описывается способ обработки навоза. В навоз добавляется вода и смесь подкисляется. Жидкость выпаривается, затем снова конденсируется в другом реакторе и проходит анаэробную обработку с получением биогаза. Сброженная жидкость фракционируется и затем подвергается анаэробной обработке. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5296147 описывается процесс обработки навоза и другие органические компоненты. Органические отходы проходят ферментацию, а затем нитрифицируются и денитрифицируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита, формирование и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US5389258 описывается способ получения биогаза от полутвердых и твердых органических отходов. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5494587 описывается процесс каталитической обработки навоза с уменьшением концентрации азота. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5525229 описывается общая процедура анаэробного сбраживания органических веществ в термофильных и мезофильных условиях.

В US 5593590 описывается разделение и обработка жидких и твердых органических отходов после разделения этих двух фракций. Жидкая фракция проходит ферментацию с получением биогаза, после чего следует удаление компонентов осажденной твердой фракции, которые частично циркулируют в процессе. Твердую фракцию обрабатывают с помощью аэробного процесса и получают компост, удобрения или корма для животных. Часть полученного биогаза, содержащего метан и СО₂, используется повторно для снижения уровня рН жидкой фракции при поглощении CO₂. Из жидких фракций осаждением выделяется твердая фракция, например, с помощью декантирующей центрифуги и аммиак отделяется от жидкости при рН 9-10. Сбросная вода может использоваться для чистки стойл. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5616163 описывается способ обработки навоза, азот из которого используется в производстве удобрений. В жидкий навоз добавляется СО₂ и/или CaSO₄ , с помощью которых отделяется аммиак. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5656059 описывается способ обработки навоза, азот из которого с помощью нитрификации используется в производстве удобрений. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5670047 описывается общая процедура анаэробного разложения органических подложек с получением газа.

В US 5681481, US 5783073 и US 5851404 описывается процесс и устройство стабилизации иловых осадков. Для получения уровня рН і 12 добавляются известь и масса нагревается не менее чем до 50°С в течение 12 часов. Отделяется аммиак и либо выбрасывается в атмосферу, либо рециркулирует в системе. В схеме может использоваться камера предварительного нагрева, этап декантирующего центрифугирования, а также этап смешивания иловых осадков, чтобы поддерживать их в жидком состоянии. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5746919 описывается процесс, в соответствии с которьми органические отходы обрабатываются в термофильном анаэробном реакторе, а затем в мезофильном анаэробном реакторе. В обоих реакторах получают газ - метан. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза отводится аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5773526 описывается процесс, в соответствии с которым сначала жидкие и твердые органические отходы проходят ферментацию в мезофильном режиме, а затем в термофильном режиме. Твердые компоненты гидролизуются и окисляются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных при помощи соломы, перед производством биогаза аммиак отделяется, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5782950 описывается ферментация биологических отходов с помощью гомогенизации, аэрирования и нагрева массы. Отходы проходят фракционирование с переводом в жидкую и твердую фракции. Твердые фракции переводятся в компост. Жидкие фракции проходят ферментацию в анаэробном мезофильном и термофильном режимах с получением биогаза. Сбросная вода рециркулирует между реактором для производства биогаза и этапом гомогенизации. Сбросная вода на выходе реактора для производства биогаза обрабатывается на установке осветления. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, используется энергетическая биомасса, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5853450 описывается способ получения пастеризованного компоста из органических отходов и зеленых растительных материалов. Уровень рН органики увеличен до 12 и температура поднимается до 55°С. После введения зеленого растительного материала уровень рН понижается до 7-9,5. Смесь проходит ферментацию. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 5863434 описывается способ стабилизации органических отходов путем разложения с использованием психрофильного анаэробного режима. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 6071418 описывается способ и система для обработки навоза с помощью озона путем создания аэробных и анаэробных зон внутри материала. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В US 6171499 описывается усовершенствованный способ ферментации бытовых и промышленных отходов. Отходы сбраживаются в анаэробном процессе с получением биогаза, который используется в газовой турбине вместе с природным газом. Сброженный материал обезвоживается, и иловые осадки отправляются на мусоросжигательный завод. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 8400038 описывается производство биогаза и дегазированных и стабилизированных удобрений. Во внутреннем реакторе происходит термофильное разложение, а во внешнем реакторе - мезофильное. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед получением биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 8900548 описывается использование ионов Са и ионов Mg в процессе получения биогаза. Ионы металла подавляют пенообразование. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 9102582 описывается установка и способ производства газа и предотвращения распространения вредных соединений в окружающую среду путем мокрой газоочистки. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В WO 9942423 описывается способ и установка для получения биогаза. Волокна и частицы навоза компостируются, и жидкая фракция ферментируется в анаэробном режиме и от нее отделяется азот. Соли фосфора и калия используются для получения удобрений обратным осмосом. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед получением биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.iqb.fhg.de/Uwbio/en/Manure.en.html описывается процесс получения биогаза из навоза. Твердая фракция дегазированного навоза используется для получения компоста. Из жидкой фракции отбирается азот, который используется в качестве удобрения. Для отделения твердых компонентов из смеси может применяться декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте http://riera.ceeeta.pt/images/iikbio mass.htm описывается получение биогаза методом анаэробного разложения. В данной системе может использоваться декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.biogas.ch/f+e/memen.htm описываются возможности уменьшения смеси из твердых компонентов. Рассматривается вращающийся дисковый реактор, пленочный реактор, ультрафильтрация и обратный осмос. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.biogas.ch/f+e/grasbasi.htm описывается анаэробное разложение биомассы силоса и навоза с производством биогаза. Описаны два процесса: 1) биомасса силоса режется на части размером 1-3 см и направляется в жидкую фракцию, содержащую навоз. Смесь проходит ферментацию при 35°С; 2) сухая ферментация навоза и биомассы силоса без использования жидкости. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, отделение аммиака перед производством биогаза, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

На сайте www.biogas.ch/f+e/2stede.htm описывается производство биогаза. Во вращающемся барабанном решете выполняются гидролиз и подкисление органических отходов, жидкая фракция которых направляются на аэробное разложение с получением биогаза. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, перед производством биогаза отделяется аммиак, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В настоящем изобретении показан новый способ утилизации энергетической биомассы, а именно анаэробное сбраживание навоза животных на установках для получения биогаза на фермах. Процесс также включает отделение иловых осадков, то есть переработку питательных веществ навоза животных.

Изобретение может также использоваться для сбраживания туш животных, мясокостной кормовой муки и т.д. совместно с навозом/энергетической биомассой, что позволяет удалять туши животных и т.п., одновременно упрощая производство удобрений из отходов животноводства и сельскохозяйственных культур, навоза и т.п.

Технология позволяет использовать кормовые культуры годового оборота типа свеклы, кукурузы или клевера, содержание сухого вещества на 1 гектар у которых выше, чем у зерновых злаков. Фуражные культуры также могут использоваться как "кормовые культуры" и в севооборотах. В настоящем изобретении показаны возможности использования бросовых земель для выращивания энергетической биомассы.

В центре внимания лежит идея о том, что биогаз в будущем будет конкурентоспособным по сравнению с природным газом и, таким образом, будет привлекательным с коммерческой точки зрения и его производство не будет требовать субсидий. Существует также мнение о том, что производство энергии в Дании должно покрывать значительную часть энергозатрат, т.е. оно должно быть на том же уровне, что и потребление природного газа (около 150 ПДж в год). Кроме того, очевидны выгоды с точки зрения охраны окружающей среды, условий содержания животных и безопасности пищевых продуктов.

Оценка Парсби потенциального производства энергии от использования энергетической биомассы, в частности зерновых злаков, составила 50-80 ПДж в год. В краткосрочной перспективе для этого потребуется около 150000 га земли, а в долгосрочной перспективе около 300000 га. Однако из расчета содержания сухого вещества, равного 15 тоннам на 1 га свеклы, включая ботву, которые необходимо сбраживать в установках по производству биогаза, потенциальное производство энергии составит приблизительно 100 ПДж в год. Сюда следует добавить энергию, получаемую от сбраживания навоза (приблизительно 25 ПДж). При использовании новых сортов свеклы выход сухого вещества может существенно превысить существующие уровни, то есть составить 25 тонн на гектар.

Суть изобретения состоит в сочетании процессов, что позволяет увеличить производство биогаза, отделить аммиак и в дальнейшем использовать и обрабатывать остатки брожения и отделения аммиака (сбросная вода).

Изобретение характерно тем, что в нем простые и надежные технологии могут объединяться с центральной идеей изобретения. Получена простая и надежная энергетическая установка с энергетическими и экономическими характеристиками, значительно превышающими таковые обычных установок. Энергетическая установка интегрируется в систему управления животноводческого комплекса и сельскохозяйственных угодий. Отсюда следует, что изобретение состоит из множества аспектов.

В соответствии с первым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно противодействовать инфекциям и распространению микробных и паразитарных болезнетворных организмов, представляющих опасность для животных, типа Campylobacter, Salmonella, Yersinia, Ascaris, а также других микробных и паразитарных организмов по воздуху и на сельскохозяйственные угодья. Таким образом, снижается, если не исключается совсем, угроза инфицирования людей.

В соответствии со вторым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно снизить количество BSE-прионов, содержащихся в навозе, фураже, отходах скотобойни, мясокостной кормовой муке и т.д. Это достигается сочетанием предварительной обработки и сбраживания. Частично этот аспект настоящего изобретения дает возможность обработки туш животных, отходов скотобойни и т.д., обеспечивая при этом использование питательных веществ, содержащихся в тушах животных в качестве удобрений. Уменьшение количества BSE-прионов, содержащихся в тушах животных, мясокостной кормовой муке и т.д., а также в навозе, фураже, отходах скотобойни и т.д. и/или исключение их совсем при использовании процесса по настоящему изобретению является необходимым условием обработки отходов. В соответствии с настоящим изобретением это достигается сочетанием предварительной обработки и сбраживания. Эта процедура альтернативна существующей процедуре (однако, теперь она запрещена комиссией ЕС) обработки туш животных на центральных установках и получения различной продукции типа мясокостной кормовой муки, которая используется главным образом в качестве корма.

В соответствии с третьим предпочтительным аспектом настоящего изобретения из навоза животных можно выделять азот и фосфор и перерабатывать эти питательные вещества в удобрения коммерческого качества.

В соответствии с четвертым предпочтительным аспектом настоящего изобретения биогаз можно получать в большом количестве от использования широкого спектра органических веществ, включая все типы навоза, энергетической биомассы, остатки биомассы и другие органические отходы.

В соответствии с пятым предпочтительным аспектом настоящего изобретения можно обеспечить оптимальные условия содержания животных в скотных дворах при одновременном снижении выброса пыли и газов типа аммиака. Это достигается промывкой скотных дворов с использованием сбросной воды или ее рециркуляцией.

В соответствии с шестым предпочтительным аспектом настоящего изобретения предлагается извлечь выгоду из всего диапазона преимуществ, связанных с различными аспектами изобретения.

В соответствии с другими предпочтительными аспектами настоящего изобретения предпочтительной является любая комбинация центральной идеи изобретения с любым одним аспектом или большим числом аспектов.

На фиг.1 изображен предпочтительный вариант настоящего изобретения. В этом варианте навоз (помет), предпочтительно в жидком виде, полученный на скотном дворе или в стойле (1) для выращивания животных, включая таких домашних животных, как свиньи, рогатый скот, лошади, козы, овцы, и/или домашней птицы, включая цыплят, индюшек, уток, гусей, и т.п., подается либо в один, либо в оба резервуара предварительной обработки - первый (2) и/или второй (3).

Принцип работы состоит в том, что навоз, предпочтительно в жидком виде, включая, в соответствии с одним из вариантов, воду типа сбросной воды, используемую для чистки скотных дворов или стойла, подается в первый резервуар предварительной обработки, включающий резервуар отделения аммиака, где аммиак отделяется посредством введения в резервуар отделения аммиака, например, СаО и/или Са(ОН)₂. Однако СаО и/или Са(ОН)₂ может вводиться в жидкий навоз до подачи жидкого навоза в первый резервуар предварительной обработки или резервуар отделения аммиака.

Одновременно с введением СаО и/или Са(ОН)₂ или на более поздней стадии в резервуаре предварительной обработки, включающем резервуар отделения аммиака, выполняется отделение аммиака и/или происходит нагрев, и отделяемый азот или аммиак предпочтительно перед отправкой на хранение отводится в отдельный резервуар (11). Перед отправкой в отдельный резервуар на хранение отделяемый аммиак, включающий азот, предпочтительно переводится в колонну резервуара отделения аммиака в первом резервуаре предварительной обработки.

Перед отправкой в первый резервуар предварительной обработки (2), включающий резервуар отделения аммиака, как описано выше, органические материалы, которые плохо сбраживаются микробными организмами во время анаэробного сбраживания, желательно обрабатывать во втором резервуаре предварительной обработки (3). Такие органические материалы обычно содержат значительные количества, например, клетчатки и/или гемицеллюлозы и/или лигнина, например больше 50% в массовом отношении клетчатки, и/или гемицеллюлозы, и/или лигнина, в сухой массе органического материала типа соломы, зерновых культур, включая зерно, отходы биомассы и другие твердые, органические материалы. Аммиак, включающий азот, впоследствии отделяется от предварительно обработанного органического материала.

Как в первом, так и во втором резервуаре предварительной обработки иловый осадок подвергается термическому и щелочному гидролизу. Однако во втором резервуаре предварительной обработки, который в связи с этим разработан в виде замкнутой системы, способной поддерживать высокое давление, температура и/или давление значительно выше.

Наконец, как описано выше, иловый осадок, прошедший предварительную обработку предпочтительно подается хотя бы в один термофильный реактор (6) и/или хотя бы в один мезофильный реактор для получения биогаза (6). В реакторах иловый осадок проходит анаэробное сбраживание и одновременно производится биогаз, то есть газ, состоящий, главным образом, из метана, который может содержать небольшую долю диоксида углерода. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения реактор (реакторы) для получения биогаза составляет часть энергетической установки по производству энергии из субстрата из органического материала.

Биогаз может направляться в газовый двигатель, а энергия, произведенная этим двигателем, может использоваться для нагрева резервуара отделения аммиака. Однако биогаз может также направляться в коммерческий газопровод биогаза, снабжающий бытовых и промышленных потребителей.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения остатки анаэробного брожения, все еще в жидком виде, включающие твердую и жидкую фракции, направляются хотя бы в декантирующую центрифугу (7) для разделения на твердую и жидкую фракции. Одним из результатов этого разделения является, по крайней мере, полутвердая фракция, состоящая почти исключительно из Р (фосфора); состоящая, например, более чем на 50% в массовом отношении из фосфора (12). На этом же этапе (7), или на другом этапе разделения с помощью декантирующей центрифуги (8) хотя бы одна полутвердая фракция состоит почти исключительно из калия (К), состоит, например, более чем на 50% в массовом отношении из калия (13). Эти фракции, предпочтительно в гранулированном виде, полученные после этапа сушки, включая сушку распылением или сушку илового осадка, предпочтительно содержат Р и/или К коммерчески допустимой чистоты, готовые к употреблению в качестве удобрений (10), имеющих коммерческое значение. Такими удобрениями могут обрабатываться сельскохозяйственные культуры или угодья. Жидкие фракции (9), получаемые на выходе этапа разделения фракций с использованием декантирующей центрифуги, типа сбросной воды также могут вноситься в сельскохозяйственные земли, отправляться назад на скотные дворы или в стойла или в систему очистки иловых осадков.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения в первый резервуар предварительной обработки может подаваться органический материал из резервуаров силосования (4), содержащих сбраживаемые органические материалы. Подача таких органических материалов в первый резервуар предварительной обработки может включить этап анаэробного брожения, который осуществляется, например, в резервуаре термофильного брожения, в котором происходит удаление газов из силоса. Кроме того, солома и, например, отходы биомассы, остающиеся на полях после уборки урожая (5), также могут направляться в стойла или на скотные дворы, а затем в первый и/или второй резервуар предварительной обработки.

На фиг.2 показан вариант осуществления настоящего изобретения по фиг.1 с той лишь разницей, что после этапа декантирующего центрифугирования отбирается только фосфор (Р), а вода в виде сбросной воды, собирается в отдельном резервуаре для прохождения дальнейшей очистки, включая последующее удаление азота, удаление запахов и большей части остающейся твердой фракции. Это может быть выполнено, например, путем аэробного брожения. На этой стадии от жидкости может также отделяться калий (К).

На фиг.3 показан вариант осуществления настоящего изобретения, включающий упрощенное решение системы производства биогаза и отделения иловых осадков. В этом варианте не используется бродильный аппарат для получения биогаза, и твердая фракция с этапа предварительной обработки в резервуарах предварительной обработки (2) и/или (3) проходит разделение с помощью этапа (этапов) разделения с применением декантирующей центрифуги (4 и 5), после чего происходит отделение аммиака, включающего азот, и его сбор в отдельном резервуаре (8). При этом получаются отдельные и, по крайней мере, полутвердые фракции, включающие Р и К (9 и 10).

На фиг.4 показан вариант осуществления настоящего изобретения, в соответствии с которым после разделения с использованием декантирующей центрифуги калий не отделяется, как это описано в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на фиг.3. Возможно, однако, отделение калия (К) от сбросной воды на другом этапе.

На фиг.5 и 6 изображен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Подробно описаны отдельные элементы системы.

Ниже подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.

Ниже рассмотрены различные отличительные особенности настоящего изобретения.

Первый аспект (обеззараживание)

Первый аспект включает систему, состоящую из первого устройства, скотного двора или стойла для выращивания животных, включая домашних животных типа свиней и рогатого скота, и/или второго устройства, главным образом для отделения аммиака и предварительной обработки субстрата, и/или третьего устройства, главным образом, энергетической установки для усовершенствованного производства энергии из субстрата.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения система может состоять из скотного двора и резервуара отделения аммиака и реактора для получения биогаза. К числу дополнительных элементов можно отнести устройство для ввода в иловый осадок СаО или Ca(OH)₂, абсорбционную колонну, которая работает, например, на основе серной кислоты, резервуар-хранилище концентрата аммиака и резервуар-хранилище сбраживаемого илового осадка.

Полученный биогаз можно по желанию использовать для производства электричества и тепла в газовом двигателе и генераторе, электрический ток продается электросети, а тепло используется, например, для нагрева илового осадка и/или обогрева скотных дворов. Энергетическая установка по настоящему изобретению имеет выдающиеся характеристики в терминах производства энергии на единицу субстрата, обработанного на установке. Выдающиеся характеристики достигаются сочетанием предварительной обработки сбраживаемого субстрата, будь то навоз или другой органический субстрат, с отделением аммиака от субстрата перед анаэробным сбраживанием.

Ниже подробно описаны преимущества, связанные с настоящим изобретением. Одним из центральных аспектов настоящего изобретения является аспект предварительной обработки, включающий не связанные между собой, или связанные между собой, отдельные этапы предварительной обработки, подробно описанные ниже.

Предварительная обработка илового осадка после удаления из скотных дворов может включать любой один или большее число следующих этапов: 1) отделение аммиака, 2) гидролиз органического вещества, 3) обеззараживание илового осадка, 4) уменьшение пенообразования, 5) флокуляция, 6) осаждение фосфора (Р) и 7) предотвращение образования струверата.

Принцип работы состоит в том, что иловый осадок направляется с выхода первого устройства в резервуар отделения аммиака, где при введении СаО или Са(ОН)₂ отделяется аммиак, вырабатывается тепло и перед отправкой на хранение аммиак направляется в абсорбционную колонну. Одновременно иловый осадок проходит термический и щелочной гидролиз, предпочтительно, при этом используется автоклав с известью. Наконец предварительно обработанный иловый осадок направляется в третье устройство, состоящее из одного или двух термофильных/мезофильных реакторов для получения биогаза, где иловый осадок анаэробно сбраживается с получением биогаза, то есть газа, состоящего, главным образом, из метана с небольшой долей диоксида углерода. Биогаз направляется в газовый двигатель, а тепло от этого двигателя, используется для нагрева резервуара отделения аммиака. Полученный электрический ток продается электросети.

Как солома, так, возможно, и древесные опилки составляют значительную долю отходов содержания рогатого скота и домашней птицы, при этом возникает необходимость в предварительной обработке этого навоза перед оптимальным использованием его в качестве субстрата для производства метана на установках для получения биогаза. В этом отношении тепловая обработка в извести под давлением является предпочтительным способом предварительной обработки. Отходы животноводства, обработанные по этой технологии могут, таким образом, более эффективно обеспечить производство метана с повышенным выходом биогаза. Кроме того, обеспечивается распад мочевой кислоты и мочевины с получением аммиака, и растворение белков и других веществ. При этом в процессе отделения аммиака обеспечивается возможность перевода неорганического азота из отходов животноводства в концентрированный азот.

Таким образом, повышается возможность использования азота из животноводческих отходов и помета птиц на сельскохозяйственных угодьях. По оценкам, в случае навоза, обработанного на установках разделения биогаза и иловых осадков по настоящему изобретению, потенциальная эффективность использования азота может быть увеличена приблизительно до 90%.

В другом случае перед обработкой в резервуаре отделения аммиака птичий помет может сбраживаться в первом термофильном или мезофильном реакторе. Это зависит от качества навоза и от того до какого уровня разлагается мочевая кислота в процессе двух различных видов обработки. Это можно будет выяснить после опыта, полученного в результате эксплуатации этой установки в течение некоторого времени. Важно подчеркнуть универсальность установки, способной обрабатывать все виды навоза и энергетической биомассы.

Установка устроена относительно просто, потому что винтовой конвейер, оборудованный дробилкой и изготовленный из коррозионно- и кислотостойкой стали, транспортирует биомассу в автоклав с известью, где эта биомасса нагревается впрыском пара до 180-200°С. В течение 5-10 минут, необходимых для обработки биомассы, давление повышается до 10-16 бар.

В аппарате, который будет создан, будет повышенная температура и давление, при этом температура будет меняться в интервале от 100 до 200°С. Тем самым будет обеспечена возможность регулировки параметров обработки в зависимости от вида обрабатываемой биомассы, сбраживаемой в установке по настоящему изобретению, при выборе вариантов использования энергии, получения дегтя и технических параметров.

Пенообразование представляет общую проблему на установках для получения биогаза. В соответствии с одним предпочтительным вариантом регулирования пенообразования на установках для получения биогаза по настоящему изобретению, в особенности при подаче больших количеств биомассы, например энергетической биомассы, добавляется рапсовое масло, которое, помимо влияния на пенообразование, является также субстратом для получения газа метана. Ионы кальция также очень эффективны при контроле за пенообразованием. Помимо влияния, оказываемого Са(ОН)₂ и/или СаО, о чем упоминалось ранее, введение Са(ОН)₂ и/или СаО является одним из предпочтительных вариантов контроля за пенообразованием. Очевидно, что введение в иловый осадок ионов кальция стимулирует образование хлопьев и прилипание бактерий к органическим частицам и, таким образом, улучшает характеристики анаэробного сбраживания.

Соответственно, при необходимости осуществления дополнительного контроля за пенообразованием и/или флокуляцией из-за очень большого газообразования в бродильные аппараты непосредственно может подаваться Са и/или рапсовое масло. Ввод Са(ОН)₂ или СаО будет также обеспечивать осаждение таких бикарбонатов, как СаСО₂. Это приводит к снижению концентрации СО₂ в растворе и в газовой фракции и вносит свой вклад в сокращение пенообразования в результате снижения выделений диоксида углерода.

Ввод Са(ОН)₂ или СаО в связи с отделением аммиака и обеззараживанием илового осадка приводит также к осаждению ортофосфата, то есть находящегося в растворе. Эти частицы фосфора могут находиться в иловом осадке в виде взвеси так же, как и другие хлопья. Использование Са также приводит к ограниченному сокращению химической потребности в кислороде, что означает, что Са осаждает другие соли, а не только ортофосфат.

Очевидно, что независимо от химического состава разных органических отходов простая термическая обработка, в частности термическая обработка в сочетании с щелочным гидролизом, приводит к увеличению выхода газа. Кроме того, сочетание высоких температур и большого уровня рН во время предварительной обработки приводит к более эффективному обеззараживанию органического материала по сравнению с обработкой, в которой используется только анаэробное сбраживание, будь то термофильное или мезофильное сбраживание.

Следует отметить, что в государственном приказе № 823 Датского Министерства Окружающей Среды и Энергии, отмечено, что управляемое обеззараживание должно проводиться в течение 1 часа при 70°С. В этой связи очевидно, что перед тем, как будут последовательно осуществлены два анаэробных сбраживания (термофильные или мезофильные), в результате которых будут полностью уничтожены все известные болезнетворные микроорганизмы животных и/или человека, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения необходимо провести обработку в течение одной недели при 70°С. Предпочтительно также полностью удалить BSE-прионы или хотя бы существенно снизить их количество.

Главный результат заключается в том, что все инфекционные организмы, содержащиеся в иловом осадке, уничтожаются, и поэтому при внесении удобрения в землю не распространяются в окружающую среду. Это также позволяет использовать сброженные иловые осадки для промывки первого устройства (скотных дворов) и поддерживать в свинарниках чистоту. Таким образом предотвращается перекрестное распространение инфекций среди животных. Это также позволяет использовать воду для мытья животных и свинарников, осуществлять вытяжку воздуха и т.д., предотвращая распространение запаха, пыли и возбудителей инфекции. Это возможно, потому что иловый осадок с добавленной к нему водой не нужно сохранять до того момента, когда его можно будет использовать для внесения в землю. Иловый осадок, не содержащий азот, можно использовать для внесения в землю в течение всего года.

Однако в соответствии с первым аспектом используется предварительная обработка и таким образом стерилизация илового осадка, что является предпочтительным в случае его использования для последующего внесения в сельскохозяйственные земли.

Ясно, что настоящее изобретение касается ряда различных аспектов, каждый из которых сам по себе или в сочетании с другими аспектами составляет патентоспособные изобретения. Приведенный ниже раздел содержит описание различных индивидуальных частей (элементов) одного аспекта настоящего изобретения. На фиг.5 и 6 показаны эти элементы.

Следует понимать, что выбранные элементы могут составлять основу других аспектов настоящего изобретения. Изобретение никоим образом не ограничивается сочетанием элементов, приведенных ниже. Из описания будет ясна связь аспектов изобретения с определенными элементами, описанными ниже. К числу примеров таких аспектов, которыми, однако, не ограничивается область применения настоящего изобретения, относятся устройства для концентрирования азота (N), и/или фосфора (Р), и/или калия (К); производство энергии на основе элементов резервуара отделения аммиака, автоклава с известью и бродильного аппарата; и обработка сбросной воды для обеспечения условий содержания животных.

Следует также понимать, что приведенные ниже аспекты, относящиеся, помимо всего прочего, к аспекту обеззараживания, не обязательно должны включать все приведенные ниже элементы. Следует также понимать, что аспекты, связанные с обеззараживанием, включают сочетание только некоторых из описанных ниже элементов.

Скотные дворы

Скотные дворы (элемент №1) обеспечивают оптимальную безопасность пищевых продуктов и качество продовольствия, оптимальные условия содержания животных и условия работы для персонала, оптимальное обращение с иловыми осадками, обрабатываемыми на установке производства энергии из биомассы и сокращение до минимума выбросов во внешнюю среду (аммиака, пыли, запаха, метана, оксида азота и других газов).

Система может состоять из одной постройки или большего числа построек общим количеством 10 секций, предназначенных для производства 250 единиц домашнего скота ежегодно. В каждой секции размещается, например, 640 поросят (массой по 7-30 кг) или 320 откормленных на убой свиней (массой по 30-98 кг).

Ожидается, что количество ежегодно производимых иловых осадков может составить приблизительно 10000 м³. В дополнение к этому объему через постройки может пройти от 5000 до 10000 м³ технической воды. Система зданий должна удовлетворять следующим основным условиям.

1) Система двух климатических режимов: предпочтительно, чтобы свинарники были спроектированы как двуклиматические системы. Задняя часть свинарников должна быть оборудована регулируемой кровлей, обеспечивающей свиньям возможность выбирать между относительно теплой средой под кровлей и относительно холодной средой в остальной части свинарника. Разность температур должна быть в диапазоне 5-10°С.

Когда поросята вырастут приблизительно до 30 кг, кровля должна обеспечить более холодные температуры в скотном дворе в целом. Свиньи могут согреваться под кровлей. В более холодные периоды, сопровождающиеся более низкими температурами, можно усилить вентиляцию.

2) Размещение: свиньям предпочтительно давать солому из автомата. Это стимулирует поведение рысканья и рытья, потому что они должны забирать солому из автомата. Солома является также источником энергии для энергетической установки.

3) Обогрев: желательно, чтобы тепло от энергетической установки подавалось на скотные дворы. Тепло может подаваться по двум отдельным циркуляционным системам. Одна из них расположена под кровлей и создает нагрев до 30-35°С, что обеспечивает свиней комфортным микроклиматом, сушит пол и снижает рост бактерий на полу. Вторая система подает тепло во все воздушное пространство скотного двора по трубам, расположенным в стенах скотного двора. Вторая система циркуляции связана с системой управления вентиляцией.

4) Душ: душ желательно устанавливать над решеткой, которая занимает ¹/₄ площади пола. Это стимулирует свиней испражняться на решетке, а не на твердом полу. Душевая вода смывает навоз в каналы, предотвращая зловоние, потери аммиака и т.д. Чистые твердые полы значительно снижают возможность инфицирования болезнетворными организмами навоза типа Salmonella, Lavsonia и т.д.

5) Смывка: несколько раз в день каналы навоза промываются. Это обеспечено промывкой каналов технической водой из энергетической установки. Навоз через клапан направляется в центральный канал.

6) Конструкция канала: площадь навоза уменьшается путем использования V-образных каналов и одновременно оптимальной промывкой каналов. Это важно для сокращения выбросов со скотных дворов.

7) Вентиляция: вентиляция разработана так, чтобы 20% воздуха при максимальной производительности отводилось вниз под и через решетку, в центральный вентиляционный короб, между двойными V-каналами. На протяжении 60-80% года производительность вентиляции составляет 20% максимальной.

8) Кормление: корм подается оборудованием влажного кормления, которое подает корм ad libitum (по желанию).

Резервуар сбора иловых осадков

Резервуар сбора иловых осадков (элемент № 2) обеспечивает ежедневный сбор иловых осадков из промывочной установки скотных дворов и работает как накопительный резервуар перед перекачкой отходов в главный приемный резервуар. Иловые осадки поступают в сборный резервуар под действием силы тяжести. Объем сборного резервуара может составлять, например, 50 м³. Резервуар может быть сделан из бетона и размещаться под полом скотных дворов так, чтобы иловые осадки могли направляться в сборный резервуар под действием силы тяжести.

Главный приемный резервуар

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения иловый осадок из сборного резервуара перекачивается в главный приемный резервуар (элемент № 3). Дополнительно из других ферм/установок в главный приемный резервуар могут направляться другие типы жидкого навоза/отходов. В качестве вариантов отходов могут использоваться иловые осадки, образующиеся при разведении норки, рогатого скота, черная патока, отходы винного производства, силос и т.д. Эти отходы транспортируется к приемному резервуару грузовиком и загружаются непосредственно в этот резервуар. Объем/вместимость такого резервуара может быть приблизительно 1000 м³ . Желательно, чтобы уровень в резервуаре отделения аммиака поддерживался с помощью насоса, который перекачивает иловые осадки из приемного резервуара. Подача регулируется вручную или автоматически. Максимальная вместимость подбирается исходя из обстоятельств.

Ввод СаО

При перекачке иловых осадков из приемного резервуара 1 в резервуар отделения аммиака к жидким отходам для повышения уровня рН добавляется известь. Коллектор подачи извести подает 30-60 г СаО на 1 кг TS. Предпочтительно, чтобы известь была в виде порошка, который можно засыпать в бункер с грузовика. Объем/вместимость бункера может составлять, например, приблизительно 50-75 м³ . Доза 30-60 г/кг TS соответствует приблизительно 6-12 кг СаО в час при подаче иловых осадков 3,5 м³/ч и при 6% TS.

При подаче непосредственно в иловые осадки (6% TS) доза извести составляет приблизительно 60 г/кг TS (приблизительно 8,8 кг СаО в час). Однако желательно добавлять известь непосредственно в установку щелочной стерилизации под давлением и гидролиза. Если известь добавляется непосредственно в эту установку (TS Э-среды поддерживается на уровне 20-70%), доза извести составляет приблизительно 30-60 г/кг TS. 60 г/кг сухого вещества составляют приблизительно 342 кг СаО на загрузку, в то время как 30 г/кг сухого вещества составляют приблизительно 171 кг СаО на загрузку.

Весы

Э-среда (органический материал, содержащий энергию) должна взвешиваться на весах (элемент № 5). Желательно, чтобы поставщики оговаривали тип среды, которая поставляется на установку, например подстилка, биомасса различных видов и т.д.

На пульте управления в соответствии с типом Э-среды выбирается задание. Данные поставщиков, масса полученной Э-среды и характеристики среды регистрируются.

Таким образом, для каждой Э-среды определяется (см. щелочной гидролиз):

- энергетический потенциал;

- необходимое время нагрева;

- необходимое время выдержки.

Приемная станция для подстилки животноводческих ферм и энергетической биомассы

Приемная станция (элемент № 6) получает подстилку животноводческих ферм, например ферм домашней птицы или других животных, а также энергетическую биомассу. Желательно в качестве приемной станции использовать большой бункер, в днище которого устанавливаются несколько винтовых конвейеров. Грузовики вываливают Э-среду непосредственно в бункер. Объем/вместимость бункера выбирается по обстоятельствам в зависимости от ежегодного объема Э-среды (приблизительно 51,5% TS), который может составить, например, приблизительно 9800 тонн. Объем бункера может быть от нескольких кубических метров приблизительно до 100 м³ и соответствовать трехдневной загрузке (65 ч). Желательно изготавливать такой бункер из бетона/стали.

Бункер для энергетической биомассы

Бункер для энергетической биомассы (элемент № 7) служит хранилищем энергетической биомассы. Желательно сохранять биомассу в виде силоса. Объем/вместимость бункера может составлять приблизительно 5000-10000 м³. Бункер может быть выполнен в виде закрытой камеры, сок силоса из которой собирается и перекачивается в приемный резервуар.

Система транспортировки и гомогенизации подстилки животноводчестких ферм и энергетической биомассы

Желательно, чтобы система транспортировки и гомогенизации (элемент №8) подстилки животноводчестких ферм и энергетической биомассы получала Э-среду от винтовых конвейеров, расположенных в днище приемной станции. Э-среда может подаваться дополнительными винтовыми конвейерами к автоклавам и желательно при этом, чтобы она одновременно измельчалась встроенной дробилкой. Объем/производительность системы выбирается в зависимости от обстоятельств и может составлять 1,5 м³ Э-среды в час или 8200 т Э-среды в год. Желательно, чтобы производительность системы транспортировки и гомогенизации составляла приблизительно не меньше 30 м³/час. Поступление Э-среды контролируется по трем основным параметрам: по объему, удельной массе и времени. По этим параметрам определяются объем в единицу времени, время и общий объем и масса.

Установка щелочной стерилизации под давлением и гидролиза

Установка щелочной стерилизации под давлением и гидролиза (элемент № 9) служит двум главным целям: во-первых, удалению болезнетворных микроорганизмов из Э-среды, особенно из подстилки домашней птицы или других животных и, во-вторых, одновременно гидролизу структурных компонентов подстилки, что дает возможность обеспечить микробное разложение в бродильных аппаратах.

Желательно также, чтобы установка удаляла BSE-прионы из отходов, направляемых в установку, или, по крайней мере, значительно снижала их содержание. К таким отходам относится мясокостная кормовая мука, животные жиры или что-то подобное, получаемое в результате переработки не реализованных животных.

Из системы транспортировки и гомогенизации Э-среда поступает в стерилизатор, при этом Э-среда подается в зависимости от ее типа, который определяется на весах.

Автоклав состоит из двух идентичных установок, т.е. двух удлиненных, цилиндрических горизонтальных камер со шнеком в центре. Эти две цилиндрические камеры крепятся одна на другой, что обеспечивает легкую загрузку нижней камеры. Снизу установки закрываются крышкой. Крышка отводит тепло пара вниз.

В верхний автоклав из бункера СаО поступает известь, то есть 342 кг на загрузку.

Из верхней камеры в нижнюю Э-среда поступает в подогретом виде.

Содержимое нижней камеры поступает в малый смесительный резервуар емкостью 25 м³. Здесь Э-среда смешивается с иловым осадком из приемного резервуара 1, затем смесь перекачивается в резервуар отделения аммиака.

В трубе СаО имеется отвод, по которому СаО может поступать непосредственно в смесительный резервуар, находящийся под этими двумя камерами. Для смешивания стерилизованной Э-среды с необработанным иловым осадком, поступающим из приемного резервуара, с целью гомогенизации биомассы и использования тепла Э-среды используется смесительная камера.

Основными параметрами процесса является содержание сухого вещества Э-среды, температура, давление и рН. Оптимальными параметрами установки являются следующие параметры: температура 160°С, давление 6 бар, содержание сухого вещества приблизительно 30% и рН приблизительно 12.

Период выдержки в модуле стерилизации состоит из нескольких фаз: 1) время заполнения; 2) время подогрева в верхней камере; 3) время нагрева в нижней камере; 4) время выдержки при выбранных температуре и давлении; 5) время сброса давления; 6) время опорожнения; 7) время очистки.

Фаза заполнения включает время, необходимое для транспортировки Э-среды в автоклав и для ее перемешивания с добавляемым к ней иловым осадком. Период заполнения должен длиться приблизительно 10 мин. После заполнения Э-среда нагревается до 160°С при давлении 6 бар. Подогрев происходит в верхней камере, а окончательный нагрев в нижней. Расчетное время нагрева составляет приблизительно 30-40 мин.

Время выдержки при требуемых температуре и давлении должно быть приблизительно 40 минут (при 160°С и давлении 6 бар).

Сброс давления занимает приблизительно 10 мин. Сброс давления осуществляется в резервуар отделения аммиака.

Опорожнение происходит при работе винтовых конвейеров.

Время очистки. Чистка выполняется время от времени и не регламентируется.

Объем автоклава составляет 10 м³ на модуль, а степень его заполнения составляет приблизительно 75-90%. Объем смесительного резервуара 25 м³.

Пример условий эксплуатации

	Диапазон	Выбранное значение	Единицы измерения
TS	10-30	30	% общей массы
Температура	120-160	160	°С
Давление	2-6	6	бар
Уровень рН	10-12	12	рН

В журнал для поставщиков, где регистрируется Э-среда, должны вноситься следующие данные, что обеспечивает контроль за работой модуля стерилизации: масса, объем и вид Э-среды. Таким образом, для каждой Э-среды, подаваемой в автоклав, можно определить:

- потенциальную энергию;

- необходимое время нагрева;

- необходимое время выдержки;

- необходимое время смешивания с иловым осадком;

- необходимое использование энергии в зависимости от вида Э-среды;

- степень заполнения по сигналу от радара/микроволнового датчика;

- эмпирически полученные значения в зависимости от визуального контроля оператором.

Смесительный резервуар для смешивания стерилизованной под давлением Э-среды и необработанного илового осадка

После стерилизации и гидролиза в модуле под давлением обработанная биомасса, расширяясь, поступает в смесительный резервуар (элемент № 10), который в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения располагается под модулем, в котором находится среда под давлением. Избыточное давление (пар) сбрасывается в резервуар отделения аммиака, чтобы собрать аммиак и передать тепло биомассе резервуара отделения аммиака перед ее расширением в смесительный резервуар.

Задачей смесительного резервуара является смешивание холодного необработанного илового осадка, поступающего из приемного резервуара, с горячей стерилизованной Э-средой, с передачей тепла (повторное использование тепла) и смешиванием двух сред.

Объем/вместимость резервуара составляет приблизительно 25 м³. Для его изготовления может использоваться любой подходящий материал, включая изоляционное стекловолокно. Рабочая температура составляет обычно 70-95°С.

Резервуар для жидкой биомассы

Жидкая биомасса, содержащаяся в резервуаре для жидкой биомассы (элемент № 11), используется для гарантированного производства биогаза в начальной фазе работы всей установки. Однако она может также использоваться и только тогда, когда такая жидкая биомасса имеется в наличии. Жидкая биомасса может включать, например, рыбий жир и животные жиры или растительные жиры. Могут также использоваться и отходы виноделия и черная патока, хотя такому варианту не отдается предпочтение по причине относительно высокого содержания в них воды и, следовательно, низкого потенциального энергосодержания на 1 кг продукта.

Объем/вместимость этого резервуара обычно составляет приблизительно 50 м³ и наиболее подходящим материалом для изготовления этого резервуара является нержавеющая сталь. Содержимым резервуара являются жидкая и твердая фракции с максимальным размером частиц 5 мм. Предусмотрены системы перемешивания и нагрева для регулирования температуры, а также питающий насос (насосы) для бродильного аппарата (аппаратов). Желательно, чтобы минимальная температура составляла 75°С для того, чтобы масляная или жирная биомассы могли перекачиваться в бродильный аппарат (аппараты).

Резервуар отделения аммиака и обеззараживания

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения в резервуар отделения аммиака и обеззараживания (элемент №12) поступает следующая среда:

- иловый осадок из приемного резервуара 1, и/или

- Э-среда из автоклава, и/или

- возможно жидкая биомасса из резервуара жидкой биомассы, и/или

- сбросная вода из отстойника или возможно после отделения калия (К).

Задача резервуара состоит в регенерации тепла, используемого в автоклаве, путем нагрева илового осадка, поступающего из приемного резервуара 1, в смешивании Э-среды с иловым осадком и, следовательно, в получении, таким образом, гомогенизированной смеси на входе в бродильные аппараты в регулировании уровня рН перед подачей в бродильные аппараты, и в обеззараживании илового осадка.

Резервуар отделения аммиака и обеззараживания отделяет аммиак (этап I), и газ направляется в абсорбционную колонну, наличие которой обычно для заключительного процесс отделения аммиака (этап II). Болезнетворные микроорганизмы удалены, и среда/иловый осадок готова/готов к анаэробному сбраживанию.

Ниже описана предпочтительная конструкция резервуара отделения аммиака и обеззараживания:

Низ/днище

- в форме конуса, направленного вниз под углом 20°, из теплоизоляционного бетона;

- при ослаблении перемешивания - удаление песка, осевшего на днище, с помощью эрлифта;

- установка в нижней части резервуара песчаного фильтра, который может опорожняться наружу через подведенный трубопровод. Точно так же через фильтр можно опорожнить и резервуар.

Верх

- в виде конической конструкции из многослойных теплоизоляционных сложных полиэфиров изофталиевой кислоты (герметизирующая пена). Угол конуса составляет приблизительно 10°;

- установлена дождевальная установка, исключающая образование пены в результате перемешивания;

- в верхней части конуса установлена система медленного перемешивания, обеспечивающая оптимальную гомогенизацию, оптимальное выпаривание аммиака и оптимальное распространение тепла в среде;

- аммиак по трубе с влажным воздухом транспортируется в абсорбционный модуль.

Стенка

- в виде цилиндрической конструкции из многослойных теплоизоляционных сложных полиэфиров изофталиевой кислоты (герметизирующая пена);

- для нагрева среды внутри резервуара по цилиндрической стенке установлено приблизительно 600 метров кольцевых нагревательных труб диаметром 5/4 дюйма;

ИЗОБРЕТЕНИЕ Патент Российской Федерации RU2283289

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ И ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2283289