Спосіб переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу та біореактор для його реалізації

Реферат: Винахід належить до способу переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу та пристрою для його здійснення. Спосіб включає подачу пташиного посліду в біореактор з подальшою ферментацією та виділенням біогазу, розділення отриманої в результаті ферментації маси на тверду фракцію та фільтрат за допомогою механічних засобів, причому переважну частину фільтрату подають на вхід біореактора та змішують з пташиним послідом, змішування здійснюють у відокремленій зоні змішування з перемішуванням суміші та подальшою подачею суміші в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою та її перемішуванням, при цьому частину фільтрату, який подається в зону змішування, регулюють таким чином, щоб вологість суміші фільтрату та пташиного посліду знаходилась в межах 8692 %, а суміш витримують перед подачею її в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою не менше однієї доби при температурі не нижче 25 °C, при цьому періодичність подачі суміші не перевищує однієї доби, а маса одноразової порції подачі суміші не перевищує 9 % від загальної маси суміші в біореакторі. Ферментацію в зоні з іммобілізованою біоплівкою здійснюють при температурі від 40 °C до 50 °C, при чому періодичність подачі суміші з зони змішування в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою та маса одноразової суміші забезпечують час гідравлічного перебування суміші в біореакторі в межах 11-14 діб. Біореактор для реалізації UA 111409 C2 (12) UA 111409 C2 способу, що містить засоби для здійснення ферментації іммобілізованою біоплівкою, засіб для відводу біогазу, щонайменше один механічний засіб для розділення отриманого продукту на тверду фракцію та фільтрат, додатково містить щонайменше дві відокремлені ємності для змішування фільтрату та посліду, обладнані засобом для перемішування, засіб для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду та засіб подачі отриманої суміші в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою, обладнану засобом для перемішування суміші. UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі біологічної переробки органічної маси, зокрема пташиного посліду, і може бути використаний як в сільському господарстві, так і в інших областях з метою отримання біогазу та органічно чистого добрива. Для більшості сучасних біогазових установок характерна значна сумарна кількість устаткування, що в загальному випадку включає резервуар для накопичення субстрату або бункер подачі твердої сировини, декілька ферментаторів, насосо-розподільну станцію, лагуни для збродженої маси, газгольдери, систему доочищення біогазу, когенераційну установку, теплопункт. Таке устаткування необхідне в основному за рахунок спрямування роботи установки на отримання біогазу в значних об'ємах. На сучасному етапі існує тенденція на переорієнтацію від отримання біогазу як основного продукту до виробництва органічного добрива як основного продукту та біогазу як допоміжного продукту, тим самим спрощуючи конструкцію установок та зменшуючи витрати на її утримання. Відомо, що важливим моментом в приготуванні субстрату являється використання фільтрату в суміші з чистим послідом. В субстраті з чистого пташиного посліду співвідношення азоту і вуглецю вище, ніж для нормально збалансованих. Надлишковий азот виділяється з складу вихідних білків і в результаті біохімічних реакцій перетворюється в іони амонію. Амоній являється токсичним для бактерій і призводить до їх загибелі. Іони амонію розкладаються з виділенням аміаку. Аміак в десятки разів токсичніший, ніж амоній. Застосування субстрату з суміші пташиного посліду і фільтрату вихідного шламу в звичайних ферментаторах призводить до того, що кількість бактерій в ферментаторі починає зменшуватись до того часу, поки не досягне мінімального рівня, і реакція зупиняється. Для зменшення негативного впливу азотних сполук (амонію і аміаку) фільтрат перед подачею на вхід біореактора додатково обробляють хімічними або мінеральними агентами (наприклад, цеолітом). Це призводить до додаткових витрат, а головне - не дозволяє отримати чисті органічні добрива як тверді, так і рідкі. Відомі біоустановки переробки органічних відходів з отриманням біогазу та органічного добрива. Інформація про такі установки відома заявнику з мережі Інтернет, зокрема, міститься на наступних веб-сайтах: http://www.lipp-system.de/53-biogas_systems.html - концерн Lipp GmbH; http://www.mt-energie.com/ - компанія МТ Energie; http://www.envitec-biogas.com/ - компанія Envitec Biogas; http://www.schmack-biogas.com/ - компанія Schmack Biogas; http://rueckert-naturgas.de/ - компанія Ruckert NatUrgas та інші. Основним напрямком використання зазначених біоустановок являється отримання біогазу, в зв'язку з чим збільшується кількість устаткування для переробки суміші в газ та знижується якість вихідного субстрату, як біогумусу. Більшість відомих способів переробки пташиного посліду та установок для їх реалізації мають ряд недоліків. Вони передбачають: - використання хімічних чи мінеральних речовин для обробки фільтрату, - використання додаткової кількості води як дефіцитного та дорогого ресурсу; - створення значних за обсягом сховищ для збродженої маси. Винахіднику відомо багато аналогічних рішень способів переробки біологічних відходів з отриманням органічного добрива та біогазу та пристроїв для їх реалізації, серед яких за сукупністю суттєвих ознак найближчими є наступні. Відомо спосіб переробки сільськогосподарських відходів з одержанням біогазу та добрива за патентом України № 12596, опублікованого 15.02.2006 р., за яким відходи попередньо розділяють за видом відходів та на рідку і тверду фракції, а також сортують за складом з однаковою тривалістю циклу бродіння, завантажують рідку частину відходів в резервуар, а сортовані відходи - порізно в проникні контейнери, які занурюють в резервуар, причому тривалість перебування контейнерів в резервуарі не перевищує технологічної тривалості циклу бродіння кожної окремої частини відокремлених відходів, при цьому вивантаження контейнерів із збродженими відходами проводять одночасно з їх фракціонуванням і поверненням рідкої частини відходів в резервуар з частковим залишенням у резервуарі рідини з анаеробними мікроорганізмами. Недоліком даного способу є те, що за рахунок того, що спосіб призначений для переробки всіх сільськогосподарських відходів, необхідне фракціювання на тверду та рідку фракцію та сортування за складом (солома-трава-гній), при цьому збільшується кількість обладнання (контейнерів) для здійснення даного способу, що призводить до підвищення складності пристрою для реалізації способу. Крім того, визначена тривалість циклу бродіння (від 80 до 123 діб залежно від складу відходів) є занадто тривалим процесом. 1 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомі способи для переробки органічної речовини з отриманням біогазу та органічних добрив та пристрої для їх реалізації: патент US 7727395 В2, опублікований 01.06.2010, заявка DE 102009043846 А1, опублікована 03.03.2011, заявка DE 102010032916 А1, опублікована 02.02.2012, заявка ЕР 2666868 А1, опублікована 27.11.2013, заявка WO 2012/152266 A3, опублікована 15.11.2012, заявка WO 2014/090376 А2, опублікована 19.06.2014, патент Російської Федерації № 133 829 U1, опублікований 27.10.2013, патент Російської Федерації № 2404240 С2, опублікований 20.11.2010, патент Російської Федерації № 2 226 047 С1, опублікований 27.03.2004, патент України № 29997 U, опублікований 11.02.2008, патент України № 75605 С2, опублікований 15.05.2006, патент України № 64019 U, опублікований 25.10.2011, патент України № 77213 U, опублікований 11.02.2013, патент України № 87422 U, опублікований 10.02.2014. Також відомо спосіб одержання біогазу та біодобрив з органічних відходів за патентом України № 64020, опублікованим 25.10.2011 р., за яким здійснюють подрібнення, нагрівання, гомогенізацію, анаеробну переробку органічної сировини в два етапи, вивантаження перебродженої маси, сепарацію перебродженого розчину, розбавлення до робочої вологості подрібненої органічної маси фільтратом перебродженого розчину або водою, при цьому в процесі гідролізації мінеральні домішки, які містить органічна маса, наприклад, курячий послід, осідають в приямок гідролізатора і зливаються назовні, а гідролізований розчин спрямовується на ферментацію через мацератор, в якому одночасно здійснюється подрібнення твердих частинок. Недоліком даного способу є те, що в процесі переробки органічних відходів використовується вода, яка являється цінним та дефіцитним ресурсом, а також потребує резервуарів для її зберігання значних об'ємів, що призводить до ускладнення пристрою для реалізації способу та збільшення вартості отриманням органічного добрива та біогазу. Також гідроліз субстратної маси триває 6-8 діб, що є досить тривалим періодом, і в загальному збільшує час гідравлічного перебування субстрату в біореакторі. Також відомо пристрій для переробки органічних відходів за технологією "fixed film" (з іммобілізованою біоплівкою), за допомогою якого може бути реалізований спосіб переробки стічного гною, за патентом US 129121 А, опублікованого 20.11.2007. Пристрій включає закритий септик-танк (фіксований або гнучкий дах), внутрішнє середовище для розвитку біоплівки, засіб для збору біогазу та факельну систему, різні насоси та гідравлічні системи управління. Переважне середовище має практично вертикально-орієнтовані, неперервні канали для іммобілізації анаеробних мікроорганізмів і розвитку біоплівки, що дозволяє ефективно очистити стічні води при температурі навколишнього середовища і більш високих температурах, а також протягом прийнятного часу гідравлічного перебування суміші. За прототип прийнято пристрій переробки тваринного гною за технологією "fixed film", за допомогою якого може бути реалізований спосіб переробки, за патентом US 6811701, опублікованого 02.11.2004. Пристрій включає закритий септик танк з підлогою та дахом, поділений на верхню і нижню область; середовище для розвитку біоплівки підтримується в септик танку, що включає вертикально-орієнтовані, неперервні канали для іммобілізації анаеробних мікроорганізмів; припливну лінію для направлення стічних відходів тваринництва в септик танк; стічну лінію для видалення оброблених стічних відходів тваринництва з септик танку; люк для перевірки та технічного обслуговування вказаного середовища; засіб для збору біогазу. Сумішшю для переробки в даних біоустановках виступає тваринний гній, який є більш збалансованим та відповідно більш придатним для переробки за технологією "fixed film", ніж, наприклад, курячий послід. Недоліком даних установок є те, що застосування в зазначених біоустановках такої сировини як чистий пташиний послід призводить до нестабільності та припинення процесу ферментації через особливі властивості цієї сировини та вимагає додаткової обробки фільтрату для зменшення його негативного впливу на процес ферментації, або його відділення та зберігання. В основу винаходу поставлена задача створити стабільний біологічний процес переробки чистого пташиного посліду, який дозволить отримати органічні добрива з отриманням біогазу як супутнього продукту без застосування додаткових засобів обробки фільтрату та води. Поставлене завдання вирішується таким чином, що у способі переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу, що включає подачу пташиного посліду в біореактор з подальшою ферментацією та виділенням біогазу, розділення отриманої в результаті ферментації маси на тверду фракцію та фільтрат за допомогою механічних засобів, відповідно до винаходу, переважна частина фільтрату подається на вхід біореактора та 2 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 змішується з пташиним послідом; змішування здійснюють у відокремленій зоні змішування з перемішуванням суміші та подальшою подачею суміші в зону ферментації, утвореною за технологією "fixed film", та її перемішуванням; частина фільтрату, який подається в зону змішування, регулюється так чином, щоб вологість суміші фільтрату та пташиного посліду знаходилась в межах 87…93 %; суміш витримується перед подачею в зону ферментації за технологією "fixed film" не менше однієї доби при температурі не нижче 25 °C; періодичність подачі суміші не перевищує однієї доби, а маса одноразової порції подачі суміші не перевищує 9 % від загальної маси суміші в біореакторі; ферментація в зоні за технологією "fixed film" здійснюється при температурі від 40 °C до 50 °C; при чому періодичність подачі суміші з зони змішування в зону ферментації за технологією "fixed film" та маса одноразової суміші забезпечують час гідравлічного перебування суміші в біореакторі в межах 11…14 діб. Додатково фільтрат з виходу біореактора подають в накопичувач з подальшою подачею в зону змішування. Додатково фільтрат з виходу біореактора подають в накопичувач у кількості 70…90 % від кількості фільтрату на виході з біореактору. Додатково перемішування суміші у зоні змішування здійснюють гідравлічно. Додатково перемішування суміші у зоні ферментації здійснюють гідравлічно. Додатково перемішування суміші у зоні ферментації здійснюють гідравлічно шляхом додавання біогазу. Додатково перемішування суміші здійснюють гідравлічно шляхом розбризкування суміші з верхньої частини зони ферментації. Також в основу винаходу поставлене завдання створити такий пристрій, який за рахунок своєї удосконаленої конструкції забезпечить стабільність біологічного процесу переробки чистого пташиного посліду. Поставлене завдання вирішується таким чином, що біореактор для переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу, що містить засоби для здійснення ферментації за технологією "fixed film", засіб для відводу біогазу, щонайменше один механічний засіб для розділення отриманого продукту на тверду фракцію та фільтрат, відповідно до винаходу, додатково містить щонайменше дві відокремлені ємності для змішування фільтрату та посліду, обладнані засобом для перемішування, засіб для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду та засіб подачі отриманої суміші в зону ферментації за технологією "fixed film", обладнану засобом для перемішування суміші. При цьому засіб для перемішування суміші в зоні ферментації оснащений засобом для подачі біогазу в суміш, що перемішується. При цьому засіб для перемішування суміші в зоні ферментації оснащений засобом для розбризкування суміші з верхньої частини ферментатора. При цьому біореактор може містити ємність для збору шламу, розміщену між зоною ферментації та механічним засобом для розділення отриманого продукту. При цьому біореактор може містити ємність для накопичення фільтрату, сполучену із засобом для подачі фільтрату на вхід біореактора. При цьому вихідний отвір засобу подачі суміші в ферментатор може бути розташований приблизно на середині висоти ємності ферментатора. При цьому вхідний отвір засобу виведення шламу з ферментатора може бути розташований в нижній частині ємності ферментатора. При цьому засіб виведення шламу може бути влаштований як сифон. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу та технічним результатом, який досягається при його використанні, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Важливим моментом являється використання для приготування суміші фільтрату разом з послідом. Фільтрат являє собою відсепаровану рідку фракцію шламу, що перебродив, з виходу зони ферментації. Його застосування позбавляє від необхідності використання води для приготування субстрату, а також від необхідності створення сховищ великих об'ємів для фільтрату і для невідсепарованого шламу. Але зациклювання фільтрату призводить до такої проблеми як ріст концентрації в субстраті іонів амонію і аміаку. Позитивним ефектом від такого зростання їх концентрації являється насичення вихідного шламу і його відсепарованих похідних (твердої фракції, фільтрату) мінеральним і органічним азотом, що суттєво підвищує їх цінність, як органічного біодобрива. Негативним ефектом являється загибель бактерій у зоні ферментації через токсичну дію амонію і аміаку. Саме даний спосіб, а також пристрій, за допомогою якого може бути реалізований спосіб, дозволяє вирішити дану проблему при одночасному досягненні першого ефекту. 3 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 Подання на вхід біореактора переважної частини фільтрату, який є рідким, та змішування його з чистим пташиним послідом дозволяє забезпечити не лише достатню вологість отриманої суміші, замінивши при цьому воду як дефіцитний та дорогий ресурс, а й позбавляє від необхідності створення сховищ великих об'ємів для зберігання фільтрату, за рахунок зациклювання процесу отримання фільтрату в результаті ферментації та подання його знову на вхід біореактора з наступним змішуванням зі свіжим пташиним послідом. Крім того, додавання на вхід біореактора фільтрату підвищує концентрацію поживних елементів в твердій фракції вихідного матеріалу, а саме в біогумусі. При цьому важливим моментом являється те, що фільтрат на вхід в біореактор подається в необробленому вигляді, тобто без будь-яких хімічних домішок, що дозволяє в кінцевому результаті отримувати чисте органічне добриво для застосування в сільському господарстві. Для кращого проходження реакцій ферментації в зоні ферментації пташиний послід та фільтрат попередньо змішують, що дозволяє отримати суміш, необхідної концентрації та стану. Для цього змішування здійснюють в зоні змішування з подальшою подачею суміші в зону ферментації, утвореною за технологією "fixed film". В зоні змішування відбувається не тільки перемішування всієї суміші, а й процес гідролізу, необхідний для подальшої переробки органічної речовини. Саме в цій зоні за допомогою бактерій відбувається розкладання складних вхідних полімерних матеріалів на прості розчинні сполуки, які потім потрапляють в зону ферментації. Таким чином, попереднє змішування компонентів переробки дозволяє забезпечити процес ферментації, який являється головним в отриманні біогазу та органічних добрив. В запропонованому винаході основна мета створення зони ферментації за технологією "fixed film" полягає не в прискоренні протікання реакції анаеробного бродіння при застосуванні суміші з добре збалансованим співвідношенням азоту і вуглецю, як це представлено в більшості реакторів, а в утриманні в стабільному стані реакції анаеробного бродіння при застосуванні суміші з чистого пташиного посліду з несприятливим співвідношенням азоту і вуглецю. Для забезпечення достатньої вологості суміші, а в кінцевому результаті і всього процесу ферментації, частина фільтрату, який подається в зону змішування, регулюється так чином, щоб вологість суміші фільтрату та пташиного посліду знаходилась в межах 86…92 %. В результаті багаторазових досліджень винахідником встановлено, що саме даний діапазон вологості забезпечує ефективність проходження реакцій в зоні змішування та зоні ферментації. При дослідженні тенденції зміни кількості газу в залежності від вологості суміші пташиного посліду та фільтрату було отримано результати, наведені у таблиці 1. Таблиця 1 Кількість отриманого газу в залежності від вологості суміші пташиного посліду та фільтрату Вологість суміші фільтрату, % пташиного посліду та Кількість отриманого газу, куб. м 85 86 87 88 89 90 91 92 95 3,11 3,45 3,20 3,19 3,15 3,07 2,94 2,77 2,02 35 40 45 Таблиця 1 складена за результатами експериментів, проведених за умови сталої добової загрузки порції субстрату, яка дорівнює 263,7 л. При цьому зі збільшенням вологості зменшується порція сировини і збільшується порція фільтрату для приготування суміші. Відповідно, зменшується добова кількість органічної сухої речовини, яка завантажується. Це призводить до зменшення добової кількості біогазу зі зростанням вологості суміші. Цей ефект частково компенсується збільшенням глибини розкладання органіки при зменшенні питомого органічного навантаження на біореактор. Відповідно до таблиці, пропускна здатність і продуктивність біогазової установки збільшується зі зменшенням вологості суміші, яка загружається. Подальше зменшення вологості суміші неможливе через механічні причини: в'язкість суміші збільшується настільки, що її стає неможливо перемішати і прокачати по трубах. 4 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 Дані, зазначені в таблиці показують, що значення вологості суміші пташиного посліду та фільтрату в діапазоні 86-92 % є оптимальними та забезпечують близькі значення кількості отриманого газу з варіаціями в незначних межах, таким чином підтверджуючи, що процес проходить стабільно без негативних змін. Зменшення кількості отриманого газу виникає при вологості суміші пташиного посліду та фільтрату нижче-вище даного діапазону, що безпосередньо свідчить про менш оптимальні умови утворення газу, а, отже, про менш оптимальні умови переробки органічної речовини. Перед подачею в зону ферментації за технологією "fixed film" суміш в зоні змішування витримується не менше однієї доби при температурі не нижче 25 °C, що дозволяє забезпечити ефективні умови проходження гідролізу як початкового етапу бродіння. Такі термін та температура проходження гідролізу були встановленні винахідником в результаті багатьох досліджень та випробувань. Встановлено, що втримання суміші не менше доби та визначена температура не нижче 25 °C, являються достатніми для розкладання складних вхідних полімерних матеріалів за допомогою бактерій на прості розчинні сполуки. Також винахідником встановлено, що періодичність подачі суміші в зону ферментації повинна не перевищувати 1 доби, таким чином забезпечуючи постійні значення рН та склад живильного середовища, необхідні для ефективного проходження процесу ферментації. Крім того, на значення рН та склад живильного середовища впливає і кількість поданої суміші. В результаті проведених досліджень винахідником було встановлено, що маса одноразової порції повинна не перевищувати 9 % від загальної маси суміші в біореакторі. Така невелика кількість кожної порції поданої суміші дозволяє забезпечити кислотно-лужний баланс в зоні ферментації, оскільки для проходження всіх процесів бродіння в зоні змішування під час гідролізу необхідне забезпечення кислого середовища, а в зоні ферментації - лужного. Таким чином, подача невеликої кількості порції суміші суттєво не впливає на значення рН в зоні ферментації, забезпечуючи лужне середовище, а встановлена періодичність подання порцій суміші дозволяє забезпечити стабільне співвідношення вуглець-азот, додатково з технологією "fixed film", постійний прихід матеріалу для переробки та проходження всієї маси суміші зони змішування в зону ферментації. При дослідженні тенденції зміни кількості газу в залежності від маси одноразової порції суміші, яка подається на ферментацію, було отримано результати, наведені у таблиці 2. Таблиця 2 Кількість отриманого газу в залежності від маси одноразової порції суміші, яка подається на ферментацію Маса одноразової порції суміші, яка подається на Кількість отриманого газу, куб. м ферментацію, % 5 3,19 7 3,18 9 3,15 11 2,81 13 2,55 35 40 45 Отримані результати показують, що у випадку подачі одноразової порції суміші, яка подається на ферментацію, з масою більше 9 % від загальної маси суміші в біореакторі, кількість отриманого газу достатньо різко зменшується, що свідчить про погіршення стабільності процесу переробки органічної речовини. Також винахідником було встановлено, що для забезпечення ефективного процесу бродіння, температура в зоні ферментації повинна складати від 40 °C до 50 °C. Даний діапазон дозволяє швидко та в повній мірі здійснювати ферментацію органічного матеріалу та сприяти вже безпосередньо процесу метанового бродіння. При цьому періодичність подачі суміші з зони змішування в зону ферментації за технологією "fixed film" та маса одноразової суміші забезпечують час гідравлічного перебування суміші в біореакторі в межах 11…14 діб, що дозволяє не тільки в загальному забезпечувати стабільність проходження реакцій анаеробного бродіння та оптимізувати процес переробки органічної сировини, а й пришвидшити процес отримання як біогазу, так і органічних добрив. Крім того, фільтрат з виходу біореактора подають в накопичувач, який входить до складу конструкції біореактора, з подальшою подачею в зону змішування, що дозволяє в незначний термін зберігати переважну частину отриманого фільтрату перед подачею на вхід біореактора 5 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та не створювати окремих резервуарів, ємностей. При цьому винахідником встановлено, що оптимальною кількістю фільтрату, який подається з виходу біореактора в накопичувач, є кількість у межах 70…90 % від кількості фільтрату на виході з біореактору. Таким чином, відбувається використання практичного всього фільтрату для переробки органічної речовини. Даний накопичувач дозволяє забезпечити подачу частини фільтрату в зону змішування в тій кількості та в той час, коли це необхідно. Застосування в біореакторі даної конструкції ферментатора із зоною ферментації призводить до того, що відношення кількості бактерій, що виходять разом з шламом, до кількості бактерій в зоні ферментації не прямо пропорційне відношенню порції зливного шламу та об'єму суміші в зоні ферментації, а є меншим. Додавання фільтрату до вихідного пташиного посліду одночасно збільшує концентрацію у вхідній суміші сполук амонію і розчинного аміаку, а також концентрацію анаеробних бактерій фаз ацетогенезу та метаногенезу. Саме наявність зони ферментації у заявленій конструкції пристрою дозволяє компенсувати зменшення бактерій в зоні ферментації від несприятливої дії іонів амонію і аміаку, а також уникнути безповоротного зменшення концентрації анаеробних бактерій в зоні ферментації. Подібні рішення застосовуються зазвичай для прискорення процесу анаеробного бродіння, яке відбувається внаслідок збільшення концентрацій анаеробних бактерій в зоні ферментації. В запропонованому винаході описане вище технічне рішення застосоване для підтримки позитивного або нейтрального балансу зміни концентрації анаеробних бактерій у наперед відомих несприятливих умовах. Важливим моментом для забезпечення стабільного протікання процесу переробки являється здійснення перемішування суміші як в зоні змішування, так і в зоні ферментації. Перемішування суміші може бути здійснене будь-якими відомими засобами за такими варіантами як гідравлічно, або гідравлічно шляхом додавання біогазу або гідравлічно шляхом розбризкування суміші з верхньої частини зони ферментації. Дані варіанти перемішування дозволяють забезпечити оптимальні умови для розвитку та існування бактерій, які необхідні для переробки органічної речовини, а, отже, таким чином, забезпечити стабільність процесу переробки загалом. У випадку порівняно невеликої зони ферментації використовують комбінацію першого і третього варіантів перемішування суміші. При збільшенні розмірів зони ферментації може бути застосована комбінація другого і третього варіантів перемішування суміші. При цьому винахідником для здійснення даного способу переробки органічного матеріалу було розроблено, виготовлено та випробувано біореактор для переробки пташиного посліду, який додатково до засобів для здійснення ферментації за технологією "fixed film", засобів для відводу біогазу, механічного засобу для розділення отриманого продукту на тверду фракцію та фільтрат, містить щонайменше дві відокремлені ємності для змішування фільтрату та посліду, обладнані засобом для перемішування, засіб для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду та засіб подачі отриманої суміші в зону ферментації за технологією "fixed film", обладнану засобом для перемішування суміші. Використання в біореакторі щонайменше двох ємностей для змішування фільтрату та посліду дозволяє оптимізувати і пришвидшити процес підготовки суміші для подачі її в зону ферментації, оскільки можливий паралельний процес відстоювання і змішування. Таким чином, при відстоюванні суміші в одній ємності змішування, суміш подається в зону ферментації з іншої ємності змішування, де вже відбулось необхідне відстоювання і змішування, а також відповідні процеси гідролізу, і навпаки. За рахунок наявності засобу для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду здійснюється подача фільтрату з ємності для накопичення фільтрату. Як засіб для подачі фільтрату може бути використана система трубопроводів разом з перекачуючим насосом або інший пристрій аналогічної функціональності. Таким же чином здійснюється подача суміші з ємності змішування в зону ферментації за рахунок засобу подачі отриманої суміші в зону ферментації. Як засіб подачі отриманої суміші в зону ферментації може бути використаний пристрій аналогічно засобу для подачі фільтрату. Крім того, засіб для перемішування суміші в залежності від способу перемішування може бути оснащений засобом для подачі біогазу в суміш, що перемішується, або засобом для розбризкування суміші з верхньої частини зони ферментації. Наявність будь-якого з цих засобів забезпечує здійснення процесу перемішування суміші, який є одним з найважливіших в переробці органічної речовини. Розміщення ємності для збору шламу між зоною ферментації та механічним засобом для розділення отриманого продукту забезпечує можливість оптимізувати роботу біореактора за рахунок збору шламу відразу після виходу з зони ферментації, при необхідності 6 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 короткочасового зберігання з наступною подачею до механічного засобу для розділення отриманого продукту. Сполучення ємності для накопичення фільтрату із засобом для подачі фільтрату дозволяє безпосередньо здійснювати подачу отриманого фільтрату на вхід в біореактор, тим самим зациклюючи процес переробки органічної речовини та відведення продуктів переробки. Запропонована конструкція подачі та виведення шламу з ферментатора, а саме розташування вихідного отвору засобу подачі суміші в ферментатор приблизно на середині висоти ємності ферментатора, а вхідного отвору засобу виведення шламу з ферментатора в нижній частині ємності ферментатора, а також виконання засобу виведення шламу влаштований як сифон, дозволяє досягнути ефекту "сполучених посудин", який спрощує транспортування речовин в біореакторі. Заявлений винахід ілюструється наступним прикладом здійснення способу переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу та пристроєм для реалізації такого способу, а також відповідними ілюстрованими матеріалами, на яких зображено наступне: - на фіг. 1 - функціональна схема біореактора для переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу, - на фіг. 2 - фото зони ферметації діючого біореактора, влаштовані за технологією "fixed film". Зображені матеріали, що ілюструють заявлений винахід, а також наведений приклад конкретного виконання пристрою ніяким чином не обмежують обсяг домагань, викладений у формулі, а тільки пояснюють суть винаходу. На фігурі 1 зображена функціональна схема пристрою для переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу. Пристрій містить ферментатор 1 та засоби для здійснення ферментації за технологією "fixed film" 2, розміщені в ньому. Разом дані елементи конструкції утворюють зону ферментації. Також пристрій включає щонайменше один засіб для відводу біогазу 3 та щонайменше один механічний засіб 4 для розділення отриманого продукту на тверду фракцію та фільтрат, представлений у вигляді сепаратора, наприклад, шнекового. Пристрій містить щонайменше дві відокремлені ємності 5 для змішування фільтрату та посліду, які утворюють зону змішування. Ємності для змішування 5 можуть обладнані технологічним газгольдером 6 для буферизації зміни рівня вхідної речовини. Газгольдер 6 може бути виконаний гнучким для компенсації коливання рівня суміші в ємностях для змішування 5 за рахунок зміни своєї форми, оскільки, крім змішування пташиного посліду і фільтрату та гідролізу отриманої суміші в даних ємностях вже може відбуватись незначне газовиділення, пов'язане з роботою бактерій третьої та четвертої фаз бродіння. Встановлення газгольдера 6 на ємностях 5 для змішування фільтрату та посліду дозволяє забезпечити буферизацію біогазу, виділеного в зоні змішування, і одночасно компенсацію коливань рівня вхідної речовини. Крім того, пристрій містить засіб для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду 7 та ємність для накопичення фільтрату 8, яка сполучена із засобом для подачі фільтрату на вхід біореактора 7. Зони змішування та ферментації сполучені між собою завдяки засобу подачі отриманої суміші 9 в зону ферментації за технологією "fixed film". В зоні ферментації розташовані відповідні конструкції 2, на яких формується за технологією "fixed film" велика плівка анаеробних бактерій. Зони змішування та ферментації обладнані засобом для перемішування суміші 10, керованого за допомогою програмованого контролера (не показано). Даний засіб для перемішування суміші 10 оснащений засобом для подачі біогазу в суміш, що перемішується, або засобом для розбризкування суміші з верхньої частини ферментатора 1 (не показано). Пристрій містить ємність для збору шламу 11, а також може містити додаткову ємність для збору шламу, з якої суміш поступає на сепаратор 4. За допомогою описаного вище пристрою, відповідно до винаходу, спосіб переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу здійснюють наступним чином: Вихідними продуктами переробки біореактора є біогумус, фільтрат і газ, що виділяється з ферментатора. Газ виводять через зворотний клапан 3 з наступним обліком його проходження і скидають в навколишнє середовище. При необхідності біогаз можуть відводити у відповідні ємності для зберігання або транспортування. Вихідний шлам являє собою екологічно чисте органічне добриво, яке не являється шкідливим для навколишнього середовища. При цьому здійснюють його сепарацію на біогумус і рідкий фільтрат. Частина фільтрату використовується для приготування суміші. Надлишки фільтрату можуть зливатися в звичайну каналізацію, так як вони являють собою знешкоджений 7 UA 111409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ферментований гній, тобто такий, який можливо подавати до каналізації без шкідливих наслідків, або може використовуватись як рідке біодобриво. Для запуску біореактора одноразово використовується технічна вода. Приготована суміш, утворена з пташиного посліду та фільтрату, по команді оператора з панелі керування (не показано) насосом перекачується з однієї ємності для змішування в іншу 5, обладнану технологічним газгольдером для буферизації зміни рівня суміші через асинхронність подачі і викачування суміші 6. Частина фільтрату, який подається в зону змішування, регулюється так чином, щоб вологість суміші фільтрату та пташиного посліду знаходилась в межах 86…92 %. В ємності для змішування 5 суміш тримають в середньому 1,5…3 доби при температурі 25 °C. Час перебування суміші в ємності для змішування 5 регулюється оператором шляхом зміни максимального рівня заповнення ємності для змішування 5. Суміш в ємності для змішування 5 періодично перемішується за допомогою засобу для перемішування суміші 10 за командами програмованого контролера. Перемішування суміші може мати декілька відомих варіантів здійснення. Засоби для здійснення ферментації за технологією "fixed film" 2 знаходяться у верхній частині ферментатора 1, а придонна частина ферментатора 1 вільна. Тому один з варіантів полягає в перемішуванні суміші лише в цій частині. Вертикальне ж переміщення суміші крізь конструкції "fixed film" забезпечується бульбашками, що виділяються біогазом. Таким чином здійснюють гідравлічне перемішування суміші. Другий варіант здійснюється подібним чином, але при цьому при перемішуванні за допомогою засобу для подачі біогазу додають біогаз з зони біогазоутворення або зберігання біогазу. Далі цей біогаз забезпечує вертикальне переміщення суміші. Таким чином, отримують гідравлічне перемішування з додаванням додавання біогазу. За третім варіантом суміш з дна установки піднімають і за допомогою засобу для розбризкування суміші розбризкують зверху вниз спадаючим конусом в зону ферментації. Таким чином, здійснюють перемішування суміші гідравлічно шляхом розбризкування суміші з верхньої частини ферментатора. З ємності для змішування 5 за командами програмованого контролера суміш насосом подається малими порціями в середньому один раз на годину через засіб подачі отриманої суміші 9, наприклад, трубопровід, в зону ферментації, утворену за технологією "fixed film", при цьому маса одноразової порції подачі суміші не перевищує 9 % від загальної маси суміші в біореакторі. Ферментація в зоні за технологією "fixed film" здійснюється при температурі від 40 до 50 °C. В ферментаторі 1 розташовані відповідні конструкції 2, наприклад, у вигляді набору циліндричних співвісних поверхонь, на яких формується велика плівка іммобілізованих анаеробних бактерій. Суміш в ферментаторі 1 періодично перемішується за командами програмованого контролера, зокрема, в автоматичному режимі. Засіб подачі суміші в ферментатор 9 (наприклад, ввід трубопроводу) розташований приблизно на середині висоти ємності ферментатора 1, що при заповненому сумішшю ферментаторі утворює гідрозатвор. Засіб виведення шламу з ферментатора 12, утворений, наприклад, у вигляді сифону, виходить з ємності ферментатора 1 в нижній частині, піднімається вгору на висоту рівня суміші в ферментаторі 1 і далі опускається вниз до ємності збору шламу 11. Таким чином, досягають ефекту "сполучених посудин", коли суміш надходить в зону ферментації, одночасно з цим еквівалентна кількість шламу виливається по вихідній трубі. Газ, що виділяється, подається на щит лічильників і гідравлічних затворів, звідки викидається в атмосферу. При необхідності біогаз можуть відводити у відповідні ємності для зберігання або транспортування. У випадку необхідності забезпечення компактності біореактору шлам з ємності збору шламу 11 насосом за командою оператора може подаватися в іншу буферну ємність для шламу поблизу сепаратора 4. Звідти шлам подається самопливом на сепаратор 4. Фільтрат з сепаратора 4 подається в накопичувач 8 з подальшою подачею через засіб для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду 7 в зону змішування. Біогумус збирається у відповідні ємності 13 і потім зберігається на складі. Періодичність подачі суміші з зони змішування в зону ферментації за технологією "fixed film" та маса одноразової суміші забезпечують час гідравлічного перебування суміші в біореакторі в межах 11…14 діб. Таким чином, застосування заявленого винаходу дозволяє створити стабільний біологічний процес переробки чистого пташиного посліду, який забезпечить отримання органічних добрив з отриманням біогазу як супутнього продукту без застосування додаткових засобів обробки фільтрату та води, а також дозволяє створити такий біореактор, який за рахунок своєї 8 UA 111409 C2 удосконаленої конструкції забезпечить стабільність біологічного процесу переробки чистого пташиного посліду. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб переробки пташиного посліду з отриманням органічного добрива та біогазу, що включає подачу пташиного посліду в біореактор з подальшою ферментацією та виділенням біогазу, розділення отриманої в результаті ферментації маси на тверду фракцію та фільтрат за допомогою механічних засобів, який відрізняється тим, що переважну частину фільтрату подають на вхід біореактора та змішують з пташиним послідом, змішування здійснюють у відокремленій зоні змішування з перемішуванням суміші та подальшою подачею суміші в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою та її перемішуванням, при цьому частину фільтрату, який подається в зону змішування, регулюють таким чином, щоб вологість суміші фільтрату та пташиного посліду знаходилась в межах 86-92 %; суміш витримують перед подачею в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою не менше однієї доби при температурі не нижче 25 °C, при цьому періодичність подачі суміші не перевищує однієї доби, а маса одноразової порції подачі суміші не перевищує 9 % від загальної маси суміші в біореакторі; ферментацію в зоні з іммобілізованою біоплівкою здійснюють при температурі від 40 °C до 50 °C, причому періодичність подачі суміші з зони змішування в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою та маса одноразової суміші забезпечують час гідравлічного перебування суміші в біореакторі в межах 11-14 діб. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фільтрат з виходу біореактора подають в накопичувач з подальшою подачею в зону змішування. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що фільтрат з виходу біореактора подають в накопичувач у кількості 70-90 % від кількості фільтрату на виході з біореактора. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перемішування суміші у зоні змішування здійснюють гідравлічно. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перемішування суміші у зоні ферментації здійснюють гідравлічно. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що перемішування суміші у зоні ферментації здійснюють гідравлічно шляхом додавання біогазу. 7. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що перемішування суміші здійснюють гідравлічно шляхом розбризкування суміші з верхньої частини зони ферментації. 8. Біореактор для реалізації способу за п. 1, що містить засоби для здійснення ферментації іммобілізованою біоплівкою, засіб для відводу біогазу, щонайменше один механічний засіб для розділення отриманого продукту на тверду фракцію та фільтрат, який відрізняється тим, що додатково містить щонайменше дві відокремлені ємності для змішування фільтрату та посліду, обладнані засобом для перемішування, засіб для подачі фільтрату в ємності для змішування фільтрату та посліду та засіб подачі отриманої суміші в зону ферментації з іммобілізованою біоплівкою, обладнану засобом для перемішування суміші. 9. Біореактор за п. 8, який відрізняється тим, що засіб для перемішування суміші в зоні ферментації оснащений засобом для подачі біогазу в суміш, що перемішується. 10. Біореактор за п. 8, який відрізняється тим, що засіб для перемішування суміші в зоні ферментації оснащений засобом для розбризкування суміші з верхньої частини зони ферментації. 11. Біореактор за п. 8, який відрізняється тим, що містить ємність для збору шламу, розміщену між зоною ферментації та механічним засобом для розділення отриманого продукту. 12. Біореактор за п. 8, який відрізняється тим, що містить ємність для накопичення фільтрату, сполучену із засобом для подачі фільтрату на вхід біореактора. 13. Біореактор за п. 8, який відрізняється тим, що вихідний отвір засобу подачі суміші в ферментатор розташований приблизно на середині висоти ємності ферментатора. 14. Біореактор за п. 8, який відрізняється тим, що вхідний отвір засобу виведення шламу з ферментатора розташований в нижній частині ємності ферментатора. 15. Біореактор за п. 14, який відрізняється тим, що засіб виведення шламу влаштований як сифон. 9 UA 111409 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10