СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАЗЖИЖЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
METHOD OF PROCESSING THINNED ORGANIC WASTES

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке органических отходов, с последующим получением высококачественных удобрений.
Известен способ переработки птичьего помета (RU 2357944), при котором свежий помет смешивают с раствором серной или фосфорной кислоты, концентрация серной или фосфорной кислоты составляет от 25% до 35%, что позволяет достичь pH среды от 5,0 до 6,5.
Недостатками известного способа являются:
- использование агрессивных реагентов (серная и фосфорная кислота), повышающих износ рабочих элементов агрегата;
- использование серной и фосфорной кислоты повышает степень опасности производства;
- наличие специализированного хранилище для обеспечения запаса реагентов (серная и фосфорная кислота);
- повышение себестоимости процесса за счет использования большого количества серной и фосфорной кислоты - от 25% до 30%.
Известен способ производства приготовления органоминерального удобрения (RU 2270825). Из предварительно измельченных и отсортированных до размера 2-5 мм древесных отходов с влажностью 40-45% формируют площадку высотой 0,3-0,4 м с буртиками по периметру высотой 0,1-0,15 м. На сформированную площадку завозят навоз сельскохозяйственных животных с влажностью 90-92% в массовом соотношение твердого вещества к древесным отходам 0,8-1,0, затем по истечении 36-48 часов после впитывания жидкой фракции навоза в древесные отходы производят полное перемешивание смеси с тем, чтобы получить ее исходную влажность 70%. Затем смесь сталкивают в бурт трапецеидальной формы поперечного сечения высотой 1,5-2,0 м и шириной по нижнему основанию не менее 2,5-3,0 м. В последующем производят периодические полные обрушения бурта и формирования нового прежних размеров и формы: в первый ряд  через 6-8 дней, во второй раз  через 1 месяц после закладки в летний период и через 2 месяца - в межсезонье.
Недостатками метода являются:
- длительность процесса производства;
- необходимость больших площадей для сбраживания;
- необходимость подготовки доп.сырья - древесных отходов.
Известен способ (RU 2155737), при котором навоз предварительно делят на жидкую и твердую фракцию на разделительной установке. Процесс сбраживания ведут с использованием дополнительного метантенка, причем твердую фазу загружают в первый метантенк, где она разогревается за счет подачи кислорода воздуха. Жидкую фракцию направляют во второй метантенк с подогревом, из которого она затем выдавливается биогазом во второй метантенк, где также начинается выделяться биогаз. После окончания брожения жидкую фракцию сливают, а твердую выгружают через люк, и цикл повторяют.
Основными недостатками метода являются дополнительные материальные затраты для разделительной установки, а также энергозатраты для разделения фаз.
Наиболее близким к заявленному способу является способ (RU 2163750), согласно которому органические отходы сбраживают пофазно, во внешнюю камеру метантенка подают разжиженные органические отходы и осуществляют последовательное анаэробное сбраживание во внешней и внутренней камерах. Сбраживаемую массу подогревают и перемешивают, сброженный осадок выводят из метантенка, а из внешней и внутренней камер отбирают биогаз, который смешивают в инжекторе со сбраживаемой в метантенке массой. До ввода в инжектор сбраживаемую массу подогревают, а нагретую газожидкостную смесь вводят во внутреннюю камеру метантенка. В метантенке для осуществления способа новым является то, что патрубок отвода биогаза из внешней камеры соединен с инжектором, который через взаимодействующий с нагревателем теплообменник соединен с насосом забора сбраживаемой массы из метантенк. Патрубок смесительной камеры инжектора соединен с напорным трубопроводом нагретой газожидкостной смеси, введенным в метантенк.
Недостатками метода является длительность процесса и относительно низкий процент выхода биогаза, что, как следствие, приводит к повышению стоимости готового продукта.
Задачей данного изобретения является ускорение переработки твердых органических отходов, без потери качества готовой продукции, повышение выхода получаемого биогаза без потерь его калорийности, увеличение рентабельности производства.
2
Указанная задача решается тем, что в способе переработки разжиженных органических отходов, включающем подачу во внешнюю камеру метантенка разжиженных органических отходов, процесс анаэробного сбраживания во внешней и внутренней камерах метантенка при температуре 12-60°C, перемешивание сбраживаемой массы, вывод из метантенка сброженного осадка и отбор биогаза из внешней и внутренней камер, согласно изобретению перед процессом сбраживания разжиженных органических отходов во внешней камере метантенка осуществляют измельчение отходов с помощью ультразвуковых колебаний с частотой 20±1,5 кГц и интенсивностью ультразвука от 2 до 5 Вт/см в течение 40-60 мин.
2
Отличием предлагаемого решения является то, что после поступления органических отходов метантенк происходит их измельчение ультразвуковым измельчителем при частоте 20±1,5 кГц и интенсивностью ультразвука от 2 до 5 Вт/см, измельчение проводят в течение 40-60 мин.
2
2
2
Особенность способа в том, что ультразвуковое измельчение позволяет увеличить интенсивность сбраживания за счет увеличение площади реакции, вследствие чего увеличивается глубина разложения органического вещества, при этом увеличивается объем вырабатываемого биогаза и уменьшается время его получения, а также снижается общее время сбраживания. Кроме того, способ ультразвукового измельчения не предполагает наличие изнашивающихся элементов, а та же позволяет производить измельчение с высокой скоростью непосредственно в метантенке. Для измельчения объектов с высокой влажностью (80-90%) используется ультразвук с частотой 20±1,5 кГц и интенсивностью от 2 до 5 Вт/см. Использование ультразвука с длиной волны 20±1,5 кГц позволяет проводить измельчение сырья на частицы размером 50-100 мм. Увеличение длины ультразвуковой волны приведет к увеличению размера получаемых частиц, что увеличит длительность процесса сбраживания и уменьшит глубину переработки отходов, уменьшение длины волны ультразвука приведет к повышению энергозатрат, что существенно скажется на стоимости готового продукта. Указанная интенсивность от 2 до 5 Вт/см позволяет получить равномерное измельчение по всему объему, снижение интенсивности приведет к появлению не измельченных участков сырья, что повлияет качественно на процесс сбраживания - уменьшится конечное количество получаемого биогаза, а также снизится глубина переработки. Увеличение интенсивности ультразвука незначительно ускорит процесс полного измельчения, при этом произойдет существенное увеличение энергозатрат, что негативно скажется на стоимости готовой продукции. Проведенные исследования показали, что измельчение 100 кг сырья до получения однородной массы с размером частиц 50-100 мм необходимо проводить в течение 2 минут при следующих параметрах ультразвука: частота 20 кГц и интенсивность 3 Вт/см исходя из расчета емкости метантенка 3000 кг, измельчение непосредственно в метантенке необходимо проводить в течение 60 мин.
Способ осуществляют следующим образом.
Подготовленный (разжиженный) субстрат подают в реактор метантенка, оборудованного системой загрузки, выгрузки, подогрева, перемешивания и принудительного отвода газовой фазы. Проводят измельчение ультразвуковым методом. Процесс сбраживания субстрата проходит в герметичном реакторе, при установленной температуре в анаэробной среде. В процессе сбраживания осуществляют отбор биогаза. Сброженная масса из метантенка самотеком через теплообменник поступает в промежуточную емкость. В результате измельчения ультразвуком значительно увеличивается площадь реагирования, что позволяет качественно ускорить процесс брожения, в результате наблюдается скачкообразное выделение газа высокой калорийности за более короткий промежуток времени по сравнению с классической технологией, без применения измельчения ультразвуком.
Обоснование технического результата приведено в таблицах 1, 2, 3. Поскольку в прототипе ничего не сказано о таких показателях как время сбраживания, выход газа на единицу сырья и состав получаемого газа, было проведено изучение этих показателей/
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1.
2
3
Разжиженный навоз крупнорогатого скота (далее по тексту КРС), предварительно доведенный до влажности 80-85%, подают во внешнюю камеру метантенка, после чего производят измельчение в течение 40 мин ультразвуковым измельчителем при частоте 19 кГц и интенсивностью ультразвука от 5 Вт/см, после чего осуществляется процесс анаэробного сбраживания во внешней и внутренней камерах метантенка, подогревая и перемешивая сбраживаемую массу, сбраживание осуществляют в течение 126 часов при температуре 30°C, отбор биогаза осуществляется из внешней и внутренней камер, после чего самотеком выводят из метантенка сброженный осадок. Общее количество биогаза, полученное за 126 часов сбраживания, составляет 632,7 м.
Пример 2.
2
3
Разжиженный свиной навоз, предварительно доведенный до влажности 80-85%, подают во внешнюю камеру метантенка, после чего производят измельчение в течение 50 мин ультразвуковым измельчителем при частоте 21 кГц и интенсивностью ультразвука от 3 Вт/см, после чего осуществляется процесс анаэробного сбраживания во внешней и внутренней камерах метантенка, подогревая и перемешивая сбраживаемую массу, сбраживание осуществляют в течение 154 часов при температуре 30°C, отбор биогаза осуществляется из внешней и внутренней камер, после чего самотеком выводят из метантенка сброженный осадок. Общее количество биогаза, полученное за 154 часа сбраживания, составляет 1181,1 м.
2
3
Пример 3. Разжиженный птичий помет, предварительно доведенный до влажности 80-85%, подают во внешнюю камеру метантенка, после чего производят измельчение в течение 60 мин ультразвуковым измельчителем при частоте 20 кГц и интенсивностью ультразвука от 2 Вт/см, после чего осуществляется процесс анаэробного сбраживания во внешней и внутренней камерах метантенка, подогревая и перемешивая сбраживаемую массу, сбраживание осуществляют в течение 159 часов при температуре 30°C, отбор биогаза осуществляется из внешней и внутренней камер, после чего самотеком выводят из метантенка сброженный осадок. Общее количество биогаза, полученное за 159 часов сбраживания, составляет 1227,6 м.
Таким образом, изобретение позволяет получить обеззараженное удобрение в короткие сроки, увеличить объем получаемого биогаза, а также сократить затраты на производство. Изобретение позволяет повысить выход биогаза при переработки твердых органических отходов, увеличить глубину переработки органических отходов, снизить время переработки.
Кроме того, твердую фазу в дальнейшем можно использовать как сырье для производства органических удобрений или биогумуса, что позволит уменьшить негативное влияние на окружающую среду, возникающее при загрязнение твердыми органическим отходами.
Изобретение может быть использовано как на крупных, так и на малых комплексах по выращиванию сельскохозяйственных животных и птицы.
Таблица 1
Влияния ультразвукового измельчения на скорость ферментации сырья
Сырье
Время ферментации, ч
Контроль (без измельчения)
Измельченное сырье
навоз КРС
211 ч
126 ч
свиной навоз
279 ч
154 ч
птичий помет
286 ч
159 ч
Таблица 2
Количество вырабатываемого газа
Сырье
Объем полученного газа в м<sup>3</sup> на 1 кг сырья (Время ферментации 100 ч)
Контроль (без измельчения)
Измельченное сырье
навоз КРС, влажность (85%)
0,11
0,19
свиной навоз, влажность (85%)
0,20
0,31
птичий помет, влажность (85%)
0,19
0,33
Таблица 3
Содержание метана в биогазе
Сырье
Содержание метана
Контроль (без измельчения)
Измельченное сырье
навоз КРС, влажность (85%)
63%
64%
свиной навоз, влажность (85%)
68%
69%
птичий помет, влажность (85%)
59%
59%