БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области переработки органических отходов сельскохозяйственных животных и растениеводства в высокоэффективные органические удобрения, биогаз, тепловую и электрическую энергию в условиях животноводческих комплексов, а также индивидуальных и фермерских хозяйств.
Известна установка для переработки отходов животноводства в удобрения (патент РФ на изобретение №2048722, опубл. 02.02.1993), содержащая усреднитель, соединенный посредством насоса с метантенком, узел разделения сброженной массы на фракции, устройство для обезвоживания твердой фракции и средство обеззараживания жидкой фракции, приспособление для нагрева отходов, газгольдер, насос, трубопроводы и необходимые входные и выходные патрубки. Установка снабжена фильтром очистки биогаза, кислотогенным реактором, который своим входным патрубком соединен с выходным патрубком отходов основного теплообменника, а выходным с упомянутым узлом разделения сброженной массы на фракции, а также дополнительным теплообменником и средством обеззараживания твердой фракции, при этом дополнительный теплообменник соединен с патрубком отвода жидкой фракции указанного узла разделения посредством насоса, а средство обеззараживания твердой фракции установлено на входе устройства для ее обезвоживания и выполнено в виде смесителя, сообщенного с бункером для негашеной извести.
Недостатком известной установки является недостаточный уровень ее эффективности вследствие невысокой степени использования получаемой собственной тепловой и электрической энергии, а также невозможности снижения уровня эмиссии парниковых газов и создания дополнительных источников кормовой базы животноводческого комплекса.
Также известна установка для анаэробного сбраживания органических отходов с получением биогаза (патент РФ на изобретение №2073360, опубл. 19.12.1994), содержащая не менее двух камер брожения, например, биореактор кислотогенной стадии брожения и метантенк, соединенных по линии отбора биогаза с газгольдером, подводящие и отводящие трубопроводы, элементы регулирования и поддержания температуры в камерах брожения, резервуары предварительной подготовки отходов и готовых удобрений, подводящие и отводящие трубопроводы. Установка снабжена энергетическим блоком для получения тепловой и электрической энергии, к входу по биогазу которого подключен выход газгольдера, элементы регулирования и поддержания температуры первой камеры брожения подключены с одной стороны к отводящему трубопроводу с метановой бражкой второй камеры брожения, а с другой - к резервуару готовых условно жидких удобрений, а указанные элементы второй камеры брожения подключены с одной стороны к входу по воде энергетического блока, а с другой - через потребитель тепла к его выходу по воде.
Недостатками известного технического решения является невозможность получения высококачественных сухих (компост) и эффективных быстродействующих жидких биоорганических удобрений, а также невозможность получения дополнительного источника кормовой базы животноводческого комплекса.
Известна биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, преимущественно навоза (патент на изобретение РФ №2074600, опубл. 26.01.1993), включающая реактор, выполненный в виде емкости с лопастной мешалкой, установленной на горизонтальной оси вращения, узлы загрузки и выгрузки отходов и сборник биогаза, при этом емкость установки снабжена дополнительными лопастными мешалками и выполнена многосекционной, дно емкости расположено с наклоном в сторону узла выгрузки, узлы загрузки и выгрузки снабжены ленточными транспортерами с приводами, а мешалки установлены в каждой секции емкости и имеют общий привод, выполненный в виде цепной передачи, кинематически связанной с приводом ленточного транспортера узла загрузки.
Недостатком известной установки являются невозможность получения собственной электрической и тепловой энергии, высококачественных сухих и эффективных быстродействующих жидких биоорганических удобрений, а также отсутствие дополнительных источников кормовой базы животноводческого комплекса.
Известен биогазовый комплекс (патент РФ на полезную модель №85293, опубл. 07.04.2009), содержащий сепаратор, сообщающийся с осушителем и проточным резервуаром с водными растениями, блок управления и питания, подключенный к элементам комплекса, компостер, последовательно соединенные между собой магистралями приемную емкость с насосом, дополнительный сепаратор, измельчитель, эжектор, накопитель, дополнительный насос, метантенк, газгольдер, фильтр и когенерационную установку, при этом основной и дополнительный сепараторы посредством дополнительных магистралей сообщены с осушителем и компостером соответственно, метантенк - с основным сепаратором, фильтр - с проточным резервуаром с водными растениями, а выход когенерационной установки подключен к потребителю тепловой и электрической энергии и элементам регулирования и поддержания температуры, установленным в накопителе, проточном резервуаре и осушителе. В известном комплексе приемная емкость выполнена в виде открытого резервуара, измельчитель - электроискровым, эжектор - газожидкостным, проточный резервуар - в виде проточного сосуда и/или многосекционного проточного бассейна, секции которого выполнены сообщающимися или изолированными друг от друга с размещенными в них водными растениями одного или различных видов и представляющими собой водный гиацинт и/или макро- и микрорастения.
Недостатком известного биогазового комплекса является его недостаточная эффективность, обусловленная скоплением излишков бактериальной среды, размещенной на установленном в метантенке пористом носителе, что приводит к снижению активности протекающих реакций и снижению активизации процесса биодеградации органических и неорганических соединений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является биогазовый комплекс (патент РФ на полезную модель №97026, опубл. 27.08.2010), который содержит сепаратор, сообщающийся с осушителем и проточным резервуаром с водными растениями, компостер, последовательно соединенные между собой приемную емкость с насосом, дополнительный сепаратор, электроискровой измельчитель, газожидкостной эжектор, накопитель, дополнительный насос, метантенк, газгольдер, фильтр и когенерационную установку, установленные в корпусе башни метантенка.
Недостатком указанного комплекса является относительная невысокая экологическая безопасность, вследствие достаточно высокого количества вредных выбросов и использования большого количества воды.
Задачей настоящей полезной модели является создание замкнутого технологического цикла по использованию воды, а также расширение области использования комплекса, т.е. получение дополнительно биоминеральных удобрений.
Техническим результатом, достигаемым при решении задачи, является снижение расхода воды, снижение количества вредных выбросов, повышение экологичности процесса переработки органических отходов и расширение области использования биотехнологического комплекса.
Указанный технический результат достигается тем, что биотехнологический комплекс по переработке органических отходов, содержащий приемную емкость, последовательно соединенные центрифугу для отделения включений, компостер, вихревой измельчитель, накопитель, метатенк, газгольдер, рабочий фильтр, когенератор, причем центрифуга для отделения включений соединена также с компостером, метатенк имеет выход на центрифугу для отделения жидкости, которая в свою очередь имеет выход на сушилку и выходную емкость согласно полезной модели в комплекс дополнительно введены блок предварительной обработки и криогенная установка, причем блок предварительной обработки расположен между приемной емкостью и центрифугой для отделения включений, а криогенная установка, расположена между центрифугой для отделения жидкости и выходной емкостью.
Блок предварительной обработки обеспечивает отделение (полное или частичное), твердой фракции начального продукта. В блоке предварительной обработки также осуществляется утилизация и брикетирование подстилочной соломы, которая является частью подстилочного навоза.
Криогенная установка осуществляет многофракционную деминерализацию воды непрерывным процессом замораживания-размораживания.
На фиг.1 представлена структурная схема биотехнологического комплекса.
Биотехнологический комплекс содержит приемную емкость 1, блок предварительной обработки 2, центрифугу для отделения включений 3, компостер 4, вихревой измельчитель 5, накопитель 6, метатенк 7, газгольдер 8, рабочий фильтр 9, когенератор 10, центрифугу для отделения жидкости 11, сушилку 12, криогенную установку 13, выходную емкость 14.
Центрифуга для отделения включений 3, компостер 4, вихревой измельчитель 5, накопитель 6, метатенк 7, газгольдер 8, рабочий фильтр 9, когенератор 10 соединены последовательно, причем центрифуга для отделения включений 3 соединена также с компостером 4. Метатенк 7 имеет выход на центрифугу для отделения жидкости 11, которая в свою очередь имеет выход на сушилку 12. Центрифуга для отделения жидкости 11 соединена также с выходной емкостью 14 через криогенную установку 13.
Биотехнологический комплекс функционирует следующим образом.
Начальный продукт (навоз КРС, свиней и птичий помет) поступает в приемную емкость 1. Из приемной емкости 1 начальный продукт направляется в блок предварительной обработки 2, в котором происходит отделение (полное или частичное), твердой фракции начального продукта. В блоке предварительной обработки также осуществляется утилизация и брикетирование подстилочной соломы, которая является неотъемлемой частью начального продукта. Отделенная часть твердой фракции направляется в компостер 4 (ферментер), где происходит приготовление компоста. Далее компост вывозится на поле для последующего внесения в почву.
Оставшаяся часть исходного продукта (с влажностью 91,5%) обрабатывается вихревым измельчителем 5 с целью измельчения исходного сырья до размеров частиц, не более 1 мм. В накопителе 6 рабочей смеси происходит аккумулирование подготовленной мелкодисперсной массы и ее подогрев до необходимой температуры (40-42°С). Для нагревания используется энергия когенерационной установки 10 и энергия продукта после метанирования. Далее подготовленный и разогретый до необходимой температуры продукт подается в метантенк 7. Метантенк 7 позволяет осуществлять биодеградацию органических и неорганических соединений путем взаимодействия с исходным сырьем сообществ анаэробных бактерий без доступа кислорода воздуха при температуре в диапазоне 20-60°С.
Под воздействием сообщества анаэробных бактерий сырье преобразуется, в конечном итоге, в биогаз и водную смесь органических и неорганических веществ.
4
2
Выделенный биогаз (смесь СН и СO) аккумулируется в газгольдере 8, из которого биогаз направляется на рабочий фильтр 9, где происходит разделение и очистка биогаза. Выделенный после фильтрации углекислый газ поступает в выходную емкость 14, где происходит очистка стоков и выращивание зеленой массы, а обогащенный метан направляется на когенератор 10, в котором реализуется получение тепловой и электрической энергий. Полученная тепловая и электроэнергия поступают к внешнему потребителю, а также направляются на собственные нужды биотехнологического комплекса. Прошедшая биодеградацию в метантенке 7 пульпоподобная масса подается на центрифугу для отделения жидкости 11, где происходит ее разделение на жидкую и густую фракции. Густая фракция направляется в сушилку 12, в которой для поддержания требуемой температуры может использоваться тепло когенератора 10. Жидкая фракция направляется в криогенную установку 13, которая осуществляет многофракционную деминерализацию воды непрерывным процессом замораживания-размораживания. Далее деминерализованная вода направляется в выходную емкость 14.
Выходная емкость 14 представляет собой активную биосреду и является утилизатором остаточного тепла и углекислого газа, отобранного в процессе обогащения биогаза, а также и источником получения зеленой массы. В сушилке 12 реализуется получение сухого продукта (биоудобрений), который в зимнее время может быть накоплен для последующей реализации.
Таким образом, в предлагаемом биотехнологическом комплексе решена задача по созданию замкнутого технологического цикла по использованию воды, а также расширена область использования комплекса, получен дополнительный продукт - биоминеральные удобрения. А также достигнут технический результат: снижен расхода воды, снижено количество вредных выбросов, повышена экологическая безопасность процесса переработки органических отходов и расширена область использования биотехнологического комплекса.