Спосіб одержання твердого мінерального добрива при метановій ферментації

Реферат: Спосіб одержання твердого мінерального добрива при метановій ферментації включає поглинання з біогазу аміаку, який є продуктом мінералізації та інгібітором процесу, нелетким сорбентом, у ролі якого виступає розчин Н3РО4, який розміщений безпосередньо у реакторі, однак не контактує з субстратом. UA 114655 U (12) UA 114655 U UA 114655 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до біотехнології в сільському господарстві, зокрема біоконверсії відходів сільськогосподарського виробництва, тваринництва та рослинництва в біогаз та високоефективні добрива без шкідливих для довкілля наслідків, а саме до способів одержання твердих мінеральних добрив в процесі очищення біогазу. Корисна модель може бути використана на тваринницьких та птахівницьких комплексах, фабриках і фермах, де з гною, посліду та рослинних відходів виробляють біогаз та добрива в біогазових установках. Відомий спосіб одержання рідкого мінерального добрива в процесі очистки біогазу [Пат. № 77213, C05F3/00], що включає подавання біогазу в пристрій завдяки надлишковому тиску, близькому до атмосферного, створеному в біогазовій установці, проходженні через перфоровану трубку, занурену у воду водяного запору, насичуючи воду вуглекислотою, аміаком і сірководнем. При досягненні необхідної концентрації аміаку у воді, вода використовується як мінеральне азотне добриво. При додаванні до такого добрива гашеного вапна Са(ОН) 2 утворюється вапняно-аміачне добриво (NH4OH+CaCO3), яке успішно може використовуватися на кислих ґрунтах. Так як СО2 реагує з внесеним Са(ОН)2 з утворенням СаСО3, який випадає у осад і поверхнева рідина повністю насичена амонієм NH4OH. Заміну запірної води в резервуарі очисного пристрою здійснюють у міру досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %), а кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу визначають контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою, при цьому по досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво. Недоліком способу є те, що зберігання, транспортування і застосування аміачної води пов'язане з певними ризиками у сфері охорони праці і екологічної безпеки. Даний спосіб не забезпечує зниження концентрації аміаку у реакторі, за рахунок чого потенціал виробництва мінерального добрива реалізований не повністю. Отримання рідкого добрива у порівнянні з твердим ускладнює його зберігання і транспортування. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб виробництва твердого мінерального добрива при метановій ферментації, який забезпечує зниження концентрації аміаку у реакторі. Це дозволить підвищити стабільність метаногенезу, збільшити кількість аміаку зв'язаного у вигляді мінерального добрива, знизити навантаження на оточуюче середовище за рахунок зменшення його випаровування під час зберігання ефлюенту в лагуні. Поставлена задача вирішується тим, що відхід надходить у реактор, де відбувається розклад органічної речовини, а амонійний азот, який є продуктом розкладу та інгібітором процесу, поглинається нелетким сорбентом у ролі якого виступає розчин Н 3РО4, який розміщений безпосередньо у реакторі, однак не контактує з субстратом. Заміна сорбенту здійснюють при утворенні NH4H2PO4 або (NH4)2HPO4. Після вилучення з реактора утворений розчин охолоджується до температури оточуючого середовища і стає перенасиченим. За рахунок внесення в нього затравки утворюються центри кристалізації і відбувається виділення частини мінерального добрива. Відокремлена рідина може бути знову повернена до реактора після додання розчину кислоти. Швидкість утворення добрива залежить від концентрації Н 3РО4, площі поверхні її розчину та площі поверхні культуральної рідини. Темпи зв'язування аміаку тим більші, чим більша його концентрація в газовій фазі, яка зростає при підвищенні температури і рН. Достатнім для проведення процесу є слабко лужна реакція середовища. Залежно від кількості аміаку, що прореагував з ортофосфорною кислотою утворюються різні продукти реакції: NH3 + Н3РО4 → NH4H2PO4 2NH3 + Н3РО4 → (NH4)2HPO4 3NH3 + Н3РО4 → (NH4)3PO4 Дигідрофосфат амонію NH4H2PO4 (моноамонійфосфат) є основним компонентом концентрованого фосфорно-азотного добрива амофосу, до складу якого також входить гідрофосфат амонію. Гідрофосфат амонію (діамонійфосфат, діамофос) (NH4)2HPO4 використовується як комплексне концентроване фосфорно-азотне добриво. Ортофосфат (триамонійфосфат) (NH4)3PO4 практичного застосування немає. У термофільному режимі доцільно використовувати розчин Н 3РО4 з концентрацією 4 3 моль/дм , оскільки при даній концентрації не спостерігається ні зменшення його об'єму за рахунок випаровування вологи, ні збільшення за рахунок гігроскопічності кислоти. При кристалізації виділяється та кількість NH4H2PO4 або (NH4)2HPO4, яка при даній температурі не може бути розчинена (Таблиця 1). 60 1 UA 114655 U Таблиця 1 Розчинність фосфатів амонію при різній температурі, г/100 г Н2О Речовина NH4H2PO4 (NH4)2HPO4 (NH4)3PO4 5 0 22,7 42,9 9,4 10 29,5 62,9 Температура, °C 20 30 37,4 46,4 68,9 75,1 20,3 40 56,7 81,8 50 69,0 89,2 37,7 Враховуючи, що при метановій ферментації курячого посліду при вологості 90 % і періоді обороту реактора 10 діб у термофільному режимі за температури 50 °C за рахунок сорбції NH3 3 розчином Н3РО4 з концентрацією 4 моль/дм вміст амонійного азоту знижується в середньому 3 на 1000 мг/дм , можна передбачити обсяги споживання Н3РО4 і виробництва NH4H2PO4 (Таблиця 2) або (NH4)2HPO4 (Таблиця 3) при проведенні технологічного процесу. Таблиця 2 Обсяги споживання ортофосфорної кислоти і виробництва дигідрофосфату амонію Перерахунок на: 3 1 дм 4 М Н3РО4 1 кг посліду, w=75 % 1 кг посліду, w=90 % 10000 курей-несучок Споживання 85 % Н3РО4, кг 0,461 -3 16,955·10 -3 6,782·10 27,128 Виробництво NH4H2PO4, кг 0,460 -3 16,913·10 -3 6,765·10 27,061 Таблиця 3 Обсяги споживання ортофосфорної кислоти і виробництва гідрофосфату амонію Перерахунок на: 3 1 дм 4 М Н3РО4 1 кг посліду, w=75 % 1 кг посліду, w=90 % 10000 курей-несучок Споживання 85 % Н3РО4, кг 0,461 -3 10,288·10 -3 4,115·10 16,461 Виробництво (NH4)2HPO4, кг 0,528 -3 11,783·10 -3 4,713·10 18,853 10 15 20 25 30 Отримання твердого мінерального добрива можливе, як у термофільних умовах за температури 40-60 °C при періоді обороту реактора 5-10 діб, так і у мезофільних за температури 20-40 °C при періоді обороту реактора 10-30 діб. При нижчій температурі частка аміаку у газовій фракції є нижчою, але тривалість сорбції є більшою за рахунок більшого періоду обороту реактора. Аміак, що знаходиться в газовій фазі реактору, сорбується Н 3РО4, за рахунок чого відбувається зниження вмісту амонійного азоту в рідкій фазі. В результаті реакції можуть утворюватися NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 або (МH4)3РО4. При охолодженні розчину відбувається процес кристалізації, в результаті якого утворюється тверде мінеральне добриво. За рахунок вилучення з рідкої фази амонійного азоту таким шляхом, стабільність метаногенезу підвищується, збільшується кількість аміаку у вигляді мінерального добрива, а ефлюєнт, утворений в процесі ферментації, створює менше навантаження на навколишнє середовище. Таким чином, сорбція аміаку розчином Н3РО4 в процесі метанової ферментації у термофільних умовах за температури 40-60 °C при періоді обороту реактору 5-10 діб або у мезофільних умовах за температури 20-40 °C при періоді обороту реактора 10-30 діб дозволяє отримати тверде мінеральне добриво у вигляді NH4H2PO4 (NH4)2HPO4, підвищити стабільність метаногенезу, збільшити кількість вилученого аміаку та знизити навантаження на навколишнє середовище. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб одержання твердого мінерального добрива при метановій ферментації, що включає поглинання з біогазу аміаку, який є продуктом мінералізації та інгібітором процесу, нелетким 2 UA 114655 U сорбентом, у ролі якого виступає розчин Н3РО4, який розміщений безпосередньо у реакторі, однак не контактує з субстратом. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 3