Спосіб переробки органічних відходів

1. Спосіб переробки органічних відходів, в якому початкову біомасу спочатку подрібнюють, змішують з анаеробними бактеріями (закваскою), поміщають в біореактор і забезпечують зброджування біомаси, при цьому з біореактора проводять відбір біогазу і рідкої органічної фази, який відрізняється тим, що початкову біомасу подрібнюють до 10-50 мкм, після подрібнення, в об'єм початкової біомаси бактерії вносять в кількості 10-20 % від маси органічних відходів, додають воду з 1,8-2,2 % NaCl, змішування здійснюють впродовж 60-70 хвилин, зброджування біомаси здійснюють в межах U 2 (19) 1 3 49612 4 застосовуються і необроблені залишки або продуКрім того, вкачування біогазу із зовнішньої какти конверсії попадають в стічні води або безпосемери метантенка, у внутрішню його камеру пов'яредньо у навколишнє середовище. зано із значними енергетичними витратами яки Неповна деструкція твердих тіл викликає декіпритаманні перекачуванню газоподібного середолька проблем. Справа у тому, що реальна біомаса вища. забруднень це суміш колоїдних і сипких складових Відомий спосіб послідовного пофазного анаебіомаси, які мають зовсім різні механізми деструкробного зброджування розріджених органічних ції. Істотно ускладнюють біодеструкцію складові відходів [див. RU 2163750, МПК А01С3/00, рослинних відходів міст, наприклад сезонний опад, C05F3/00, C05F3/06, дата публікації 2001.03.10], які є значною мірою накопичувачами забруднюющо включає подачу в зовнішню камеру метантенка чих речовин, акумуляторами забруднень. Деякі розріджених органічних відходів з подальшим їх органічні складові засвоюються мікроорганізмами і послідовним анаеробним зброджуванням в зовніпіддаються конверсії швидше ніж інші. Наприклад, шній і внутрішній камерах метантенка, підігрів і загальні відомі розчинні хімічні проміжні ланки, як перемішування зброджуваної маси, виведення наприклад оцтова кислота і глюкоза, які містяться метантенка збродженого осаду і відбір біогазу із в реальних біологічних забрудненнях, смітті і сільзовнішньої і внутрішньої камер, при чому відбираськогосподарських залишках, - складові, які підданий із зовнішньої камери метантенка біогаз змішуються конверсії швидко. З другого боку, складові, ють в інжекторі із зброджуваною в метантенке маякі піддаються конверсії поволі потроху або зовсім сою, яку до введення її в інжектор підігрівають, а не піддаються конверсії, як наприклад білки, жири, нагріту газорідинну суміш вводять у внутрішню масла, стінки бактерійних і дріжджових осередків, камеру метантенка. лігнін і целюлоза. Внаслідок цього, спрощені меЯк і у попередньому випадку передбачене тоди біологічної конверсії, що не враховують різспособом застосування біогазу, що відбирається із номаніття складу органічних відходів, наявність зовнішньої камери метантенка, забезпечує певний забруднень які згубно впливають на життєдіяльрівень перемішування біомаси і не впливає на роність мікроорганізмів обмежують можливості прозмір часток біомаси і тому суттєво не впливає на цесу утилізації продуктів способу до тих пір, поки повноту мікробіологічної переробки зброджуваної не будуть підібрані умови по здійсненню повної маси. деградації всіх проблематичних складових органіКрім того суттєва та короткочасна зміна тиску чних відходів. оброблюваної біомаси в інжекторі шкідливо вплиВідомий спосіб переробки органічних відходів ває на життєдіяльність мікроорганізмів, які забез[див. US7445713 МПК C02F3/28, C02F 11/04 дата печують анаеробне зброджування. публікації 2008-10-04] в якому, початкову біомасу Відомий спосіб анаеробної переробки органічзмішують з анаеробними бактеріями (закваскою) них відходів (див. RU 2315721, МПК C02F 3/28. поміщають в біореактор з двох камер і забезпечуC02F 11/04, дата публікації: 2008.01.27), що поляють зброджування біомаси з нагріванням і перекагає в тому, що анаеробний біореактор герметизучуванням, при цьому, з біореактора проводять ють і створюють в ньому постійний вакуум від 0,05 відбір біогазу і рідкої органічної фази. до 0,90 атм. при температурі від 40 до 56 °С, виПередбачені способом впливи на початкову тримуючи ці параметри протягом всього процесу, біомасу забезпечують певний рівень перемішувсю початкову біомасу заздалегідь подрібнюють і вання біомаси але не впливають на розмір часток перемішують, і заздалегідь нагрівають, в анаеробпочаткової біомаси і тому суттєво не впливають на ний біореактор поміщають заздалегідь підготовлеповноту мікробіологічної переробки зброджуваної ну органічну біомасу з анаеробними бактеріями маси. закваскою, і забезпечують її зброджування з нагріВідомий спосіб послідовного пофазного анаеванням, при цьому з анаеробного біореактора робного зброджування органічних відходів [див. проводять відбір біогазу і рідкого органічного добRU 2162626 МПК А01СЗ/00, C02F11/04 дата публірива. кації 2001.02.10], що передбачає застосування Попередня обробка початкової біомаси суттєдвокамерного метантенка з розміщенням камер во покращує процес анаеробної переробки органіодна в одної і включає подачу в зовнішню камеру чних відходів. Але при великих промислових обсяметантенка розріджених органічних відходів з погах у такому способі складно, завдяки існуванню дальшим їх послідовним анаеробним зброджуванвакууму, забезпечити чистоту анаеробного проценям в зовнішній і внутрішній камерах метантенка. су внаслідок того, що в біореактор, внаслідок розпідігрів і перемішування зброджуваної маси, вивід рядження, буде потрапляти повітря з кислородом, з метантенка збродженого осаду і відбір біогазу із що вплине на життєздатність анаеробних бактерій зовнішньої і внутрішньої камер метантенка, і ввета терміни анаеробної біологічної конверсії біомадення біогазу, що відбирається із зовнішньої каси. Крім того. створення постійного вакууму пов'ямери метантенка, у внутрішню його камеру. зано із значними енергетичними витратами, яки По суті передбачене способом введення біопритаманні відкачуванню газоподібного середогазу, що відбирається із зовнішньої камери метанвища. Погіршення умов життєдіяльності анаеробтенка, у внутрішню його камеру забезпечує певний них бактерій істотно ускладнить біодеструкцію рівень перемішування біомаси але не впливає на складових рослинних відходів міст, в тому числі розмір часток біомаси і тому суттєво не впливає на зазначеного вище сезонного опаду, які є значною повноту мікробіологічної переробки зброджуваної мірою накопичувачами забруднюючих речовин, маси. акумуляторами забруднень. 5 49612 6 Завданням розробки є створення способу певаної біомаси у випадку обробки складних до дереробки органічних відходів в якому шляхом заструкції органічних відходів. стосування нових дій, порядку виконання дій, умов У конкретних варіантах реалізації способу вівиконання дій в тому числі режимів, використання докремлену рідку фазу відстоюють протягом 3 - 5 речовин та пристроїв яки здійснюють послідовне годин, нижній шар відстояної рідкої фази рециркупофазне анаеробне зброджування забезпечується люють в біореактор, в пропорції 3/4 органічної мастворення промислового способу переробки з поси і 1/4 готової рідкої фази після пресування. вною деструкцією зброджуваної маси у великих Рециркулювання в біореактор вказаного виду промислових обсягах з невеликими енергетичними рідкої фази істотно покращує процес анаеробної витратами, з покращанням життєдіяльності мікропереробки органічних відходів, забезпечує повнішу організмів і скороченням терміну деструкції та деструкцію зброджуваної біомаси унаслідок позменшенням забруднень навколишнього середоповнення основної зони мікробіологічної деструкції вища. мікроорганізмами, що призводить до скорочення Для вирішення цього завдання спосіб переротерміну деструкції, забезпеченню її повноти унасбки органічних відходів передбачає попереднє лідок того, що консорціум мікроорганізмів присутподрібнення первинної біомаси, змішування з ананій в рідкій фазі більш пристосований до оброблееробними бактеріями (закваскою) поміщення її в ного ним раніше виду органічних відходів. біореактор і забезпечення зброджування біомаси, У конкретних варіантах реалізації способу віпри цьому, з біореактора здійснюють відбір біогазу докремлену від осаду рідку фазу перед викорисі рідкої органічної фази. танням стабілізують нагріванням до 70-80 °С. Новим в способі є те, що початкову біомасу Нагрівання рідкої фази перед використанням подрібнюють до 10-50 мкм, після подрібнення, в або складуванням стабілізує рідку фазу, дозволяє об'єм початкової біомаси бактерії вносять в кількозберегти стабільними її параметри на тривалий сті 10 % -20 % від маси органічних відходів, додаперіод, різко зменшує виділення з неї метану, сутють воду з 1,8-2,2 % NaCL, змішування здійснюють тєво знезаражує від патогенної мікрофлори, гельпротягом 60 - 70 хвилин, зброджування біомаси мінтів, їх яєць і насіння бур'янів, що покращує умоздійснюють в межах 96-145 годин, потім розділяви її використання як подальший сировинний ють на рідку фазу і осад шляхом пропускання чересурс або, наприклад, як добриво. рез прес. Пропонований спосіб ілюструється прикладаПередбачена способом послідовність дій, поми його виконання. рядок їх виконання, і умови виконання дій і викоНа фіг. 1 зображена одноетапна блок схема ристання речовин, зокрема попереднє подрібненпроцесу переробки органічних відходів, на фіг. 2 ня первинної біомаси в підібраних емпіричним блок схема процесу переробки органічних відходів шляхом межах, режими введення біомаси бактерії, з доброджуванням осаду, на фіг. 3 блок схема води з NaCL, істотно покращує процес анаеробної процесу переробки органічних відходів з відстоюпереробки органічних відходів, забезпечує повнішу ванням рідкої фази і рециркуляцією її в біореактор. деструкцію зброджуваної біомаси зокрема біомаси В таблиці 1 наведено приклади застосування наприклад з сезонним спадом, який є значною варіантів способу. На наведених блок схемах промірою накопичувачем забруднюючих речовин, цесу переробки органічних відходів зображено унаслідок поліпшення умов життєдіяльності мікролінію подачі сировини 1, подрібнювач 2, змішувач організмів що приводить до скорочення терміну 3, лінію подачі розчину NaCL 4, лінію подачі мікродеструкції із зменшенням енергетичних витрат і бної закваски 5, біореактор 6, лінію відводу біогазу зменшенням забруднень навколишнього середо7, пристрій для відділення рідкої фази 8, лінію відвища. воду рідкої фази 9 та твердої фази 10 з установки, Зброджування біомаси конкретних варіантах відстійник 11, лінію рециркуляції рідкої фази 12. реалізації способу здійснюють при температурі в В якості органічних відходів в прикладах замежах15-55 °С. стосовували відходи харчової промисловості, сеУ конкретних варіантах реалізації способу зонний опад з рослинними залишками, відходи отриманий осад подрібнюють до 10-50 мкм, змітваринницьких ферм та каналізаційний осад. Подшують з 1,8-2,2 % водним розчином NaCL до рібнення початкової біомаси у прикладах здійснюотримання пастоподібної маси, поміщають в біовали у подрібнювачі у якості якого застосовували реактор і забезпечують доброджування з нагріколоїдний млин KM 100 (для подрібнення продукванням, потім біомасу розділяють на рідку фазу і тів м'ясної промисловості потужністю 4 kW, з містосад пресуванням. кістю воронки 27 л.). Об'єм біомаси бактерій оціПовторна обробка залишків органічних відхонювали на підставі дослідження зразків проб дів, забезпечує повнішу деструкцію зброджуваної фотокалометричним способом при довжині хвилі біомаси, а режими обробки залишків органічних 540 нм., та товщині шару 5,07 мм., а процес роздівідходів скорочують термін деструкції залишків, лення обробленої клітинної маси на рідку фазу і зменшують енергетичні витрати на повну деструкосад здійснювали шляхом пропускання через гвицію, і приводять до зменшення забруднень навконтовий ручний прес з ситами. лишнього середовища. Консорціум анаеробних бактерій в прикладах У конкретних варіантах реалізації способу пісотримували шляхом селекції з природних джерел ля відділення осаду процес доброджування осаду анаеробних бактерій, зокрема тваринного гною та повторюють. активного мулу, відповідно до якої спочатку вигоБагатоетапна обробка залишків органічних вітовляли органічну пульпу шляхом подрібнення дходів, забезпечує повнішу деструкцію зброджусоломи та бурого вугілля до розміру частинок 100 7 49612 8 мкм., Отриманий порошок сполучали з 2-х % роз6, в межах 96-145 годин, біогаз безперервно відчином NaCI у воді до отримання пастоподобной водили по лінії відводу 7, розділяли рідку фазу і маси. У отриману пастоподобную масу додавали осад шляхом пропускання через пристрій для відсвіжий тваринний гній та активний мул (з полів ділення рідкої фази 8. фільтрації очисних споруд), кількістю 30 % від заВ окремих прикладах у випадку наявності осагального об'єму. Весь об'єм ретельно перемішувада (фіг. 2), отриманий з пристрою для відділення ли в розчиномішалці і поміщали у ферментер для рідкої фази 8 осад подрібнювали до 10-50 мкм, взаємодії протягом 48 - 96 годин. Після закінчення змішували з 1,8-2,2 % водним розчином NaCL до даного часу, рідку фазу застосовували при здійсотримання пастоподібної маси, поміщали у біорененні способу як джерело анаеробних бактерій. актор 6 і доброджували з нагріванням, потім біоПри здійсненні прикладів застосування варіанмасу розділяли на рідку фазу і осад шляхом протів способу початкову біомасу зазначених в табпускання через пристрій для відділення рідкої лиці 1 видів органічних відходів подрібнювали до фази 8 . 10-50 мкм. у подрібнювачі 2, після подрібнення, в В окремих прикладах (фіг. 3), відокремлену ріоб'єм початкової біомаси в змішувачі 3 вносили дку фазу відстоювали впродовж 3 - 5 годин у відсбактерії в кількості 10 % -20 % від маси органічних тійнику 11, нижній шар відстояної рідкої фази ревідходів, додавали воду з 1,8-2,2 % NaCL, здійсциркулювали по лінії рециркуляції рідкої фази 12 в нювали змішування впродовж 60 - 70 хвилин. біореактор 6, в пропорції 3/4 органічної маси і 1/4 Зброджування біомаси здійснювали в біореакторі готової рідкої фази після відокремлення. Таблиця 1 При кла ди 1. органічні відходи відходи тваринницьких ферм змішу- Термін Темпекільконц. вання збро- ратура подрі- конц. кість NaCL хвиджузбро- бнення NaCL бак% лин вання джуван- мкм % терій годин ня °С відстоювання годин Термін Стабістабілілізув. зації °С хвил. сезонний опад з рослинними залишками 5. 6. 7. 8. 9. відходи харчової 10. промисловості 11. 12. 13. 14. 15. каналіза16. ційний осад 17. 18. 10 10 2,2 60 96 55 70 15 зо 50 2. 3. 4. подрібнення мкм, 15 20 1,8 2,0 65 70 120 145 25 15 75 80 20 10 10 10 2,2 60 96 50 20 1,8 76 20 ЗО 50 25 50 10 15 20 15 20 15 1,8 2,0 1,9 2,0 2,2 65 70 60 70 70 120 145 125 145 96 35 25 40 55 50 50 10 40 10 50 2,2 2,0 2.2 2,0 1,8 5 3 4 80 70 70 77 80 15 20 10 10 15 10 15 2,0 60 120 30 10 2,2 70 16 50 30 50 25 10 10 20 20 15 10 1,8 2,2 2,0 1,9 2,2 70 65 70 60 65 145 96 145 120 96 50 15 20 30 20 50 20 10 50 40 1,8 2,0 2,0 1,8 2,2 5 4 3 72 80 80 75 70 25 10 15 18 10 50 20 1,9 70 145 16 40 2,0 80 10 10 25 15 15 2,0 2,2 70 60 96 125 55 25 50 10 2,2 1,8 70 74 20 15 Після завершення обробки відокремлену від осаду рідку фазу перед використанням зазвичай додатково стабілізували (на схемах не показано) нагріванням до 70-80 °С. Здійснена в прикладах за способом біологічна конверсія біомаси забезпечує анаеробний гідроліз різного виду органічних відходів, наприклад гною, різних рослинних відходів, сезонного опаду, і сільськогосподарських залишків і т.п., в біогаз (газоподібне органічне паливо) і рідку органічну сировину суттєво знезаражену від патогенної мікрофлори, гельмінтів, їх яєць і насіння бур'янів, що покращує умови її використання як подальший сировинний ресурс або, наприклад, як добриво. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 49612 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601