СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА И УДОБРЕНИЯ ИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
METHOD OF OBTAINING BIOGAS AND FERTILISER FROM ORGANIC WASTES

Изобретение относится к способам утилизации органических отходов, а именно к способам анаэробной переработки органических отходов сельского хозяйства, пищевой промышленности в биогаз и удобрения.
Способам анаэробной переработке органических отходов в биогаз посвящены десятки статей, обзоров, патентов.
Из известных способов наиболее близким техническим решением является «Способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигонах твердых бытовых отходов в оврагах и складках местности» (см. патент RU №2242299, кл. В09В 1/00, В09В 3/00, 2004), который и выбран нами в качестве прототипа.
Указанный способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигоне включает подготовку основания, монтаж системы вертикального газового дренажа, послойную укладку отходов с пересыпкой изолирующими слоями, монтаж системы горизонтального газового дренажа, изолирующее покрытие поверхности сформированного полигона, на подготовленном основании в котлованах, распределенных по площади полигона, устанавливают полимерные кольца с глухими стенками и днищем, на которых оборудуют колодцы вертикального газового дренажа, наращиваемые из полимерных колец с перфорированными гофрированными стенками. Укладку отходов производят послойно с пересыпкой изолирующими слоями из инертного материала, например песка или шлака, в два этапа - сначала до середины полимерного кольца с гофрированными стенками, затем до проектной высоты слоя, систему горизонтального газового дренажа монтируют после первого этапа укладки отходов в отверстия полимерного кольца с гофрированными стенками в виде полимерных перфорированных гофрированных труб с заглушками на концах. Отвод биогаза и фильтрата производят газосборником и эрлифтом, установленным внутри колодца с помощью полимерных трубопроводов. Далее цикл повторяют до достижения проектной высоты полигона, последний слой отходов покрывают слоем наружной гидроизоляции из пленочного или иного материала. Верхний конец колодца в каждом цикле наращивания оборудуют заглушкой с отверстиями для полимерных трубопроводов отвода биогаза и фильтрата и выводят на высоту, превышающую отметку каждого слоя отходов. Укладку отходов производят последовательно слоями по всей площади полигона с повторением цикла работ на каждой карте заполнения.
Основные недостатки известного способа:
- высокая вероятность искривления или обрыва горизонтальных трубчатых дрен с нарушением стыков газодренажной системы при естественной усадке биомассы, а также забивка отверстий перфорированных трубчатых дрен влажными отходами при смещении защитного фильтрующего материала дрен;
- рассматриваемый способ не предусматривает возврат в промышленный оборот второй ценной составляющей переработки органических отходов - органических удобрений.
Цель изобретения состоит в повышении эффективности и расширении технологических возможностей переработки органических отходов в биогаз и органическое удобрение.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения биогаза и удобрения из органических отходов, включающий подготовку основания из гидроизолирующего материала, монтаж системы газового дренажа, послойную укладку отходов с пересыпкой слоев грунтовыми материалами, отвод и сбор биогаза и фильтрата, согласно изобретению на подготовленном основании из гидроизолирующего материала монтируют газодренажную конструкцию из жестко связанных труб, совмещающую функции вертикального и горизонтального газового дренажа; перед укладкой на основание органические отходы сортируют, измельчают, засевают метаногенными микроорганизмами, увлажняют, укладывают их насыпкой с верхней части газодренажной конструкции послойно в несколько этапов до проектной высоты бурта, с пересыпкой каждого слоя отходов слоем глины; для герметизации слоев отходов глину орошают обеззараженным фильтратом или водой и подсушивают до образования твердой корки; при достижении проектной высоты бурта последний слой отходов герметизируют как и нижние слои; биогаз отводят через газодренажную конструкцию, а фильтрат - гидродренажной системой, вмонтированной в гидроизолирующее основание; и обеззараживают; после прекращения выделения биогаза переработанную микроорганизмами биомассу удаляют и используют в качестве удобрения; далее цикл переработки органических отходов повторяют.
Использование заявляемого технического решения позволит получить следующий результат:
- упростить способ переработки органических отходов;
- обеспечить надежность и полноту отбора биогаза из перерабатываемых отходов за счет газодренажной конструкции из жестко связанных труб, совмещающей функции вертикального и горизонтального газового дренажа;
- использовать переработанные органические отходы в качестве удобрения;
- сократить размеры земельных участков, отводимых на утилизацию отходов, за счет цикличности процесса переработки;
- минимизировать техногенное воздействие отходов на окружающую среду.
Способ получения биогаза и удобрения из органических отходов, включающий подготовку основания из гидроизолирующего материала, монтаж системы газового дренажа, послойную укладку отходов с пересыпкой слоев грунтовыми материалами, отвод и сбор биогаза и фильтрата, отличается от известного, принятого за прототип, тем, что на подготовленное основание из гидроизолирующего материала устанавливают газодренажную конструкцию из жестко связанных труб, совмещающую функции вертикального и горизонтального газового дренажа; перед укладкой на основание органические отходы сортируют, измельчают, засевают метаногенными микроорганизмами, увлажняют и укладывают их насыпкой с верхней части газодренажной конструкции послойно в несколько этапов до проектной высоты бурта, с пересыпкой каждого слоя отходов слоем глины; для герметизации слоев отходов слои глины орошают обеззараженным фильтратом или водой и подсушивают до образования твердой корки; при достижении проектной высоты бурта последний слой отходов герметизируют как и нижние слои; биогаз отводят через газодренажную конструкцию, а фильтрат - гидродренажной системой, вмонтированой в гидроизолирующее основание, и обеззараживают: после прекращения выделения биогаза переработанную микроорганизмами биомассу удаляют и используют в качестве удобрения; далее цикл переработки органических отходов повторяют.
Сопоставимый анализ заявляемого способа с известными позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна».
Из известной патентной и научно-технической литературы не известен способ получения биогаза и удобрения из органических отходов, в котором перед укладкой отходов на подготовленное основание отходы сортируют, измельчают, засевают метаногенными микроорганизмами, увлажняют, укладывают их послойно с верхней части газодренажной конструкции с пересыпкой слоев отходов газоводонепроницаемым материалом; биогаз отводят газодренажной конструкцией, а фильтрат - гидродренажной системой и обеззараживают; переработанную биомассу используют в качестве удобрения, позволяющий достичь описанный выше технический эффект. Таким образом, предлагаемое решение удовлетворяет критерию изобретения «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение может быть использовано для переработки органических отходов сельского хозяйства, растительных отходов пищевых предприятий, пищевых отходов населенных пунктов в биогаз и удобрение с минимальной техногенной нагрузкой на окружающую среду. Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения «промышленная применимость».
Заявляемый способ получения биогаза и удобрения из органических отходов осуществляется с помощью устройства, схема которого изображена на чертеже.
Способ осуществляется в следующей последовательности. Отсортированные органические отходы измельчаются в аппарате 1. Измельченная биомасса перегружается транспортером 2 в транспортер 5, при этом засевается метаногенной микрофлорой из засевного бака 3, далее биомасса орошается обеззараженным фильтратом или водой из оросителя 4 до влажности 50-75%. Далее увлажненная биомасса подается транспортером 5 в верхнюю часть газодренажной конструкции 6 и ссыпается вниз на специально подготовленное основание 8.
Насыпка отходов производится послойно, в несколько этапов, до общей проектной высоты бурта 7, с регулярной пересыпкой слоев отходов слоями глины. Так, при достижении расчетной высоты первого слоя отходов он засыпается изолирующим слоем глины и герметизируется орошением глины обеззараженным фильтратом или водой из оросителя 11 и подсушкой влажного слоя глины до образования твердой корки. После герметизации первого слоя отходов он засыпается следующим слоем отходов до расчетной высоты и герметизируется аналогично. При достижении общей проектной высоты бурта 7 последний слой отходов герметизируется глиной как и нижние слои отходов.
Отбор биогаза из массива отходов осуществляется через газодренажную конструкцию 6. Она монтируется в центре основания 8 и представляет собой жестко связанную конструкцию из труб, совмещающую функции вертикального и горизонтального газового дренажа. Трубы горизонтального газового дренажа радиально вмонтированы в трубу вертикального газового дренажа под углом, близким к 45° (угол естественного откоса сыпучего насыпного материала). В местах стыков с вертикальной трубой горизонтальные дрены снабжены задвижками 12, а с противоположной стороны они открыты и срезаны в нижней части под углом для увеличения площади входа биогаза. По мере герметизации слоев отходов задвижки открываются.
Отбор фильтрата осуществляется гидродренажной системой 9, вмонтированной в основание 8, которое выполняется из твердого водонепроницаемого материала с уклоном к центру не более 15°.
Фильтрат, собираемый гидродренажной системой 9, передается в сборник 10 и далее в емкость 4 для обеззараживания. После обеззараживания часть фильтрата поступает в засевной бак 3, где засеивается метаногенными штаммами. Часть расходуется на увлажнение биомассы и глины, а основная часть фильтрата передается на очистку или увлажнение полигонов ТБО и ПО.
По прекращению выделения биогаза содержимое бурта измельчается, просеивается для удаления механических включений и используется как органическое удобрение.
После очистки рабочей площадки цикл переработки органических отходов в биогаз и удобрение повторяется.