Спосіб анаеробної переробки органічних сільськогосподарських відходів з одержанням біогазу і добрива

Спосіб відноситься до сільського, комунального господарства, зокрема до технології переробки органічних відходів з одержанням біогазу і добрива. Відомий спосіб та установка для анаеробної біологічної очистки стічних вод [заявка ФРН №OS 3 305 476 кл. С02F3/28, 3/30, Бюл. №34, 1984], що включає попереднє відокремлення із вихідної маси у побічний потік речовин, що довільно метаболізуються в анаеробних умовах і присутні у нерозчиненому і крупнорозмірній формі, та окрему обробку цього побічного потоку в реакторі, завантаження основного потоку маси органічних відходів в головний реактор, зброджування в анаеробних умовах. Недоліки даного способу: не забезпечується ефективна переробка різноманітних відходів з одержанням потенційно можливого виходу біогазу; складність технологічної схеми та необхідність додаткового обладнання, автономних реакторів; відокремлення та відведення крупних часток в побічний потік, який відповідно обробляється в окремому реакторі в анаеробних умов. Як прототип прийнятий спосіб переробки сільськогосподарських відходів з одержанням біогазу і добрива [патент України на корисну модель №12596, кл. С02F11/04, 3/28, Бюл. №2 від 15.02.2006], що включає відокремлення відходів, завантаження їх в реактор, внесення анаеробних мікроорганізмів, анаеробне метанове зброджування з відбором біогазу та вивантаження збродженої маси з частковим залишенням рідини з анаеробними мікроорганізмами в реакторі. Причому попереднє відокремлення проводиться шляхом фракціонування з подальшим завантажуванням рідкої частини в реактор, а твердої частини відходів - порізно в проникні контейнери, які занурюються в реактор, тривалість перебування контейнерів не перевищує технологічної тривалості бродіння кожної окремої частини відокремлених відходів. Недоліки прототипу: загальна складність технології, чисельність попередніх сепараційних процесів, у тому числі значна трудоємність процесів відокремлення фракціонуванням вихідної сировини та завантаження вивантаження твердої фракції в різні проникні контейнери, а рідкої частини в резервуар реактора, подальше завантаження - вивантаження цих контейнерів в реактор та з реактора; циклічність роботи з контейнерами та необхідність при цьому часткової розгерметизації реактора з неминучими втратами біогазу. Відсутність перемішування твердої частини відходів в контейнері. Такий спосіб потребує також значної кількості контейнерів і підвищує трудоємність, металоємність всієї технології. Поставлена задача створення способу анаеробної переробки органічних сільськогосподарських відходів з одержанням біогазу і добрива, у якому фракціонування відходів на тверду та рідку фракції проводиться одночасно з їх завантаженням в реактор з подальшим накопиченням твердої фракції в проникній ємності, що занурена в рідку фракцію, яка накопичується в реакторі, зброджування та перемішування обох фракцій з відбором біогазу, роздільне вивантаження зброджених фракцій, причому при вивантаженні збродженої твердої фракції із проникної ємності проводять її фракціонування і повернення її рідкої частини з анаеробними мікроорганізмами у проникну ємність. Цим досягається підвищення продуктивності з переробки відходів і загального виходу біогазу та біодобрив за рахунок безперервності роботи, скорочення попередніх процесів та обладнання підготовки вихідної сировини, покращення умов зброджування кожної фракції, запобігання втрат газу та коркоутворення, поліпшення використання робочого об’єму реактора, зниження трудомісткості переробки та підвищення загальних питомих показників технології й обладнання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі анаеробної переробки органічних сільськогосподарських відходів з одержанням біогазу і добрива, що включає фракціонування відходів на тверду і рідку фракції, завантаження їх в реактор, внесення анаеробних мікроорганізмів, зброджування з відбором біогазу та вивантаження збродженої маси з частковим залишенням рідини з анаеробними мікроорганізмами в реакторі, згідно з винаходом фракціонування відходів на тверду та рідку фракції проводиться одночасно з їх завантаженням в реактор з подальшим накопиченням твердої фракції в проникній ємності, що занурена в рідку фракцію, яка накопичується в реакторі, зброджування та перемішування обох фракцій з відбором біогазу, роздільне вивантаження зброджених фракцій, причому при вивантаженні збродженої твердої фракції із проникної ємності проводять її фракціонування і повернення її рідкої частини з анаеробними мікроорганізмами у проникну ємність. Завдяки тому, що одночасно з завантаженням органічних сільськогосподарських відходів в біореактор проводиться їх фракціонування на тверду та рідку фракції досягається об’єднання попередніх сепараційно завантажувальних процесів в одному місці та в одній проникній ємності, спрощення технологічної схеми. Скорочення зовнішніх (до реактора) процесів фракційно-сепараційної обробки субстратів сприяє поліпшенню умов зброджування шляхом запобігання внесення та насичення рідин додатковим повітрям, яке стримує життєдіяльність анаеробів і є негативним фактором при метановому процесі. Відокремлення твердої фракції в окремій ємкості, але в середині реактора, дає можливість проведення групування і окремої обробки в одному місці грубодисперсних часток, що довільно метаболізуються в анаеробних умовах і присутні у нерозчиненому і крупнорозмірній формі, речовини яких в основному мають однорідні фізико-хімічні властивості та відповідно відносно однакові швидкості зброджування. Проникність заглибленої ємності забезпечує поліпшення умов внесення та доступ вологи і активної анаеробної біомаси до завантаженої твердої речовини, прискорюючи розвиток метаболізму і утворення біогазу. При вивантаженні збродженої твердої фракції проводять її фракціонування з поверненням рідкої частини з активною біомасою анаеробних мікроорганізмів у проникну ємність, що поліпшує умови та прискорює зброджування, підвищує питомі показники виходу біогазу. Створюються умови концентрації, іммобілізації та утримання специфічних анаеробів, що ефективно діють для даного виду речовин у твердій фракції, що також підвищує продуктивність біогазу. Забезпечуються безперервність роботи, конструктивно - технологічна компактність, раціональність використання робочого об’єму реактора, повна герметичність. Значно підвищуються механізація завантаження субстратів, відповідно зростає продуктивність по перероблянню сировини відходів, покращуються умови зброджування, знижуються трудоємність експлуатаційнотехнологічних робіт та загальна металоємність. При цьому забезпечується запобігання втрат газу та коркоутворення, підвищується надійність технологічної роботи. Спосіб пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показана технологічна схема пропонованого способу анаеробної переробки органічних сільськогосподарських відходів з одержанням біогазу і добрива. Приклад виконання способу. У якості відходів для переробки використано розповсюджені фермерські сільськогосподарські відходи тваринницького походження, наприклад, гній та гнойові стоки ферм великої рогатої худоби, свиней тощо вологістю понад 92%, які перекачуються з гноєзбірника насосом для гною безпосередньо в проникну ємність, що знаходиться занурено в реакторі. На поверхні ємності, що фільтрує, проводиться механічним методом розділення на фракції з виділенням грубодисперсних частинок (з ефективністю понад 20% по сухій речовині). Виділена маса твердих частинок накопичується в проникній ємності, омивається при перемішуванні і переміщенні зброджуваним в реакторі середовищем з внесенням активної біомаси анаеробних мікроорганізмів і піддається мікробіологічній обробці шляхом бродіння. Рідка фракція з розчиненими органічними речовинами поступає в об’єм реактора, де також змішується з активною біомасою від попередньо збродженої рідини. У реакторі - метантенку в герметичних анаеробних умовах при заданій режимній температурі (+32°С;+40°С;+55°С), субстрати обох фракцій зброджуються з визначеною раціональною для кожної фракції тривалістю циклу метанового бродіння з одержанням біогазу і біодобрива. Відомо, що тривалість повного бродіння значною мірою визначається фізико-хімічною природою та станом зброджуваних речовин, що знаходяться у фракції і визначається в кожному конкретному випадку. При цьому тривалість біодеструкції важкорозчинних та крупних частинок, які накопичуються в проникній ємності, зазвичай більша, ніж для розчинних речовин в реакторі. Для твердої фракції з частинками соломи 30мм цикл бродіння більше в 1,5 рази ніж для фракції з частинками менше 2мм. Слід враховувати також те, що тривалість циклу бродіння залежить від дози завантаження сировини. Тому для забезпечення найбільш раціонального і повного зброджування внесених органічних речовин рекомендується тривалість обробки твердої фракції в реакторі збільшувати. При добовій дозі 10% (об’ємних) тривалість зброджування рідкої фракції складає понад 10 діб, відповідно, тривалість перебування твердої фракції в проникній ємності в реакторі при анаеробному зброджуванні повинна бути значно більше 10 діб.