Спосіб покращення якості отриманого в процесі очистки біогазу мінерального добрива

Реферат: Спосіб покращення якості отриманого в процесі очищення біогазу мінерального добрива включає анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, який очищують від сірководню, вуглекислоти та аміаку шляхом пропускання дрібними струменями через воду, яка є запірною в резервуарі очисного пристрою (мокрого газгольдера). Заміну запірної води здійснюють по мірі досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %). Кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через запірну воду очисного пристрою визначають контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою. По досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво. В залежності від призначення добрива, під контролем рН-метра регулюють водневий показник рідкого мінерального добрива. UA 103525 U (54) СПОСІБ ПОКРАЩЕННЯ ЯКОСТІ ОТРИМАНОГО В ПРОЦЕСІ ОЧИСТКИ БІОГАЗУ МІНЕРАЛЬНОГО ДОБРИВА UA 103525 U UA 103525 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 покращення якості отриманого в процесі очистки біогазу мінерального добрива. 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 безперервної дії. Відомий спосіб: "Спосіб одержання рідкого мінерального добрива в процесі очистки біогазу" (Патент України на корисну модель № 77213 U). Спосіб включає анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, очищеного від сірководню, вуглекислоти та аміаку шляхом пропускання дрібними струменями через воду, яка є запірною в резервуарі очисного пристрою (мокрого газгольдера). Заміну запірної води в резервуарі очисного пристрою здійснюють по мірі досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %). Кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через запірну воду очисного пристрою визначають контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою. По досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво. Відомий спосіб не передбачає регулювання рН рідкого мінерального добрива. Заявлений спосіб і найближчий аналог мають суттєві спільні ознаки: анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, очищеного від сірководню, вуглекислоти та аміаку шляхом пропускання дрібними струменями через воду, яка є запірною в резервуарі очисного пристрою (мокрого газгольдера). Заміну запірної води в резервуарі очисного пристрою здійснюють по мірі досягнення в ній концентрації амонію 20-25 % (із вмістом азоту не менше 16,5-20,5 %). Кількість циклів заміни біомаси органічних відходів і пропускання біогазу через запірну воду очисного пристрою визначають контролюючи концентрацію амонію після кожної заміни біомаси в біогазовій установці пристрою. По досягненні заданих показників концентрації амонію запірну воду з очисного пристрою подають у накопичувальну ємність, герметично закриту, і використовують як добриво. Недоліком відомого способу є те, що не передбачається регулювання рН рідкого мінерального добрива. Запропонований спосіб усуває недоліки найближчого аналога і передбачає регулювання рН рідкого мінерального добрива до потрібного значення в залежності від потреб рослин. В основу корисної моделі поставлена задача запропонувати спосіб регулювання рН рідкого мінерального добрива в зв'язку з тим, що для різних рослин є різне оптимальне рН, при якому краще засвоюються поживні речовини з ґрунту. Поставлена задача вирішується тим, що додатково, в залежності від призначення добрива, під контролем рН-метра регулюють водневий показник рідкого мінерального добрива. Для підкислення рідке мінеральне добриво додатково насичують вуглекислим газом, а для зниження концентрації іонів водню з рідкого мінерального добрива випаровують вуглекислий газ або додають вапно. Запропонованим способом вирішується задача покращити якість рідкого мінерального добрива в залежності від потреб того чи іншого виду рослин, шляхом регулювання рН добрива, завдяки чому покращиться засвоєння рослинами поживних речовин з ґрунту. Заявлений спосіб здійснюють наступним чином: В установку завантажують біомасу (курячий послід або гній), розводять водою у співвідношенні 1:1. Біомасу перемішують. Закривають резервуар біогазового генератора з збереженням герметичності. Регулюють терморегулятор на температуру, яка забезпечує мезофільний режим бродіння біомаси. Біогаз, який буде виділятися в біогазовому генераторі, піде по відвідній трубі в очисний пристрій (герметичний резервуар з водою) і там буде очищатися з подальшим відводом в накопичувальну ємність. При одержанні рідкого мінерального добрива визначаємо його рН. Для зміщення рН рідкого мінерального добрива в лужну сторону: а) випаровують СО2, контролюючи рН добрива рН-метром до необхідного значення; або б) додаємо вапно. Для зміщення рН рідкого мінерального добрива в кислу сторону: застосовувати запропоноване рідке мінеральне добриво, більше насичене СО2, так як воно підкислюватиме добриво. Ефективність заявленого способу підтверджується прикладом конкретного виконання способу. 1 UA 103525 U 5 10 15 20 Заявлений спосіб був здійснений в приватному підсобному господарстві м. Рудки, вул. Самбірська 17а/36 на лабораторній біогазовій установці (Патент України № 69130 від 25.04.2012), сконструйованій і виготовленій для здійснення заявленого способу очистки біогазу з метою отримання екологічно чистого органічного добрива, а також виробництва мінерального добрива без застосування додаткових енергозатрат. В установку завантажували біомасу (курячий послід, гній), розводили водою у співвідношенні 1:1. Біомасу перемішували. Закривали резервуар біогазового генератора з збереженням герметичності. Відрегулювали терморегулятор на температуру, яка забезпечує мезофільний режим бродіння біомаси 34°. Біогаз, який виділився в біогазовому генераторі, по відвідній трубі проходить в очисний пристрій (герметичний резервуар з водою) з подальшим відводом в накопичувальну ємкість. Проводили хімічне дослідження вод, в процесі якого визначали рН досліджуваної води (1), вміст в ній гідрокарбонатів (2), карбонатів (3), вільних карбонатів (4), сірководню (5), аміаку і іонів амонію (6). Одержані результати наведені в таблицях 1-4. 1. Приклад зміни рН рідкого мінерального добрива в лужну сторону Зміна рН рідкого мінерального добрива в лужну сторону в залежності від кількості випареного СО2 У таблиці 1 показано пробу води з 5-денним проходженням біогазу через воду. З таблиці видно, що після витримування аміачної води у відкритій тарі при кімнатній температурі через кожну годину зменшується рівень СО2, внаслідок випаровування, при цьому рН розчину збільшується в лужну сторону. Таблиця 1 Хімічний склад рідкого мінерального добрива, отриманого при очистці біогазу з курячого посліду із щогодинним вимірюванням швидкості випаровування СО2 і зміни рН № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 25 30 35 Показники рН 23 Гідрокарбонати (НСО3 ),мг/дм 3 -«- мг СО2 /дм (гідрокарбонатів) 2 3 Карбонати (СО3 ), мг/дм 3 Вільна СО2, мг/дм 33 Фосфати (РО4 ), мг/дм Через 1 год.: рН 3 Вільна СО2, мг СО2/дм Через 2 год.: рН 3 Вільна СО2, мг СО2/дм Через 3 год.: рН 3 Вільна СО2, мг СО2 /дм 23 Гідрокарбонати (НСО3 ),мг/дм 3 -«- мг СО2/дм (гідрокарбонатів) 33 Фосфати (РО4 ), мг/дм 3 -«- мг Р/ дм Вимірювані величини 5,69 283,1 204,2 не виявлено 532,4 0,514 5,78 487,0 5,82 462,2 5,94 363,2 283,1 204,2 0,195 0,064 Після досягнення необхідного рН добрива його герметизують і зберігають при понижених температурах. В таких умовах випаровування СО2 припиняється і рН залишиться сталим. Згідно з даними таблиці 1 залежність величини рН рідкого мінерального добрива від швидкості випаровування СО2 добре відображає креслення ( - по осі абсцис з ліва відмічена зміна рН рідкого мінерального добрива, ◊ - по осі абсцис з права відмічена зміна СО2, по осі ординат - час (год.)). Після витримування добрива відкритим при кімнатній температурі через кожну годину зменшується рівень СО2, внаслідок випаровування і при цьому рН розчину збільшується в лужну сторону. Звідси зрозумілим є також можливість регулювати рН добрива. 2. Приклад визначення дози вапна необхідної для зміни рН рідкого мінерального добрива в лужну сторону У таблиці 2 наведено склад рідкого мінерального добрива, яке утворилося при проходженні біогазу курячого посліду через переварену воду на протязі 10 днів. 2 UA 103525 U Таблиця 2 Хімічний склад рідкого мінерального добрива одержаного при очистці біогазу з курячого посліду із десяти добовим проходженням біогазу через воду № п/п Показники 1 рН 23 2 Гідрокарбонати (НСО3 ), мг/дм 3 -«- мг СО2 / дм (гідрокарбонатів) 23 Карбонати (СО3 ), мг/дм 3 4 Вільна СО2, мг/дм 3 5 Сірководень, мг/дм 3 6 Аміак і іони амонію (NH4+) (сумарно); мг/дм 3 7 -«- мг N / дм 5 Рідке мінеральне добриво 5,65±0,2 239,2±4,12 172,5±0,56 не виявлено 1200±10 3,12±0,08 20,8±0,54 16,22±2,01 У випадку кислих ґрунтів для нейтралізації їх кислотності потрібне добриво з більш лужною реакцією. Для цього до попередньої аміачної води, насиченої додатково СО 2 і H2S, додавали 1 гашене вапно Са(ОН)2 для одержання вапняно-аміачного добрива (зв'язані вапном вуглекислота і сірководень осідали на дно). 3 Для визначення кількості вапна - Са(ОН)2, необхідного для нейтралізації 1200 мг/дм 3 2вільного вуглекислого газу і 239,2 мг/дм гідрокарбонату НСО3 , а також сірководню H2S у дослідній пробі води (див. таблицю 2) проводили розрахунки: Хг 1,2 г 1). Са(ОН)2+СО2=СаСО3↓+Н2О; X=74* 1,2 г/44=2,02 г; 74 44 10 -3 Хг 239,2*10 г 2-3 2). 2Са(ОН)2+2НСО3 =2СаСО3+3Н2О; X=2*74*(239,2* 10 )/2*61=0,24 г; 2*74 2*61 -3 15 20 25 30 Хг 3,12*10 -3 3). Са(ОН)2+H2S=СаS+2Н20; X=74*(3,12*10 /34=0,0066 г; 74 34 X сумарне = 2,02+0,24+0,0066=2,3 г вапна. В результаті потрібно внести 2,3 г вапна на 1 л води. З метою недопущення надмірної лужності вносили до води половину розрахованої дози. При цьому утвориться аміачна вода з незначною кількістю домішок. Поверхневий шар води зливається, відокремивши від осаду. 3. Зміна рН рідкого мінерального добрива в залежності від дози внесеного вапна Початкове рН рідкого мінерального добрива: а) рН 5,34 3 Вільна СO2, мг/дм 294,54 23 Гідрокарбонати (НСО3 ), мг/дм 129,36 2Карбонати (СО3) 0. -3 X 294,54*10 -3 1). Ca(OH)2+СО2=СаСО3↓+Н2О; X=74*(294,54*10 )/44=0,49536 г; 74 44 X 129,36 22). 2 Ca(OH)2+2НСО3 =2СаСО3+3Н2О; 2*74 2*61 -3 X=2*74*(129,36*10 )/2*61=0,15693 г 3). X сумарне = 0,49536+0,15693=0,65229 г вапна. 0,65229 ті 2=0,326145 г вапна на 1 л води, а так як для досліду було взято 0,665 л води, то: 0,665 л - х 1 л-0,32614 X=0,21686 г вапна необхідного для внесення; б) при додаванні ½ вапна від необхідної кількості розрахованої для повної нейтралізації усіх цих елементів (0,2168 г на 0,665 л води) рН становить 6,67; 3 UA 103525 U 5 10 15 в) при додаванні до проби 2 другої частини від необхідної для нейтралізації (теоретично розрахованої) кількості вапна (0,2168г на 0,665 л води) рН становить 8,9. 3 Вільна СО2, мг/дм 0 23 Гідрокарбонати (НСО3 ), мг/дм 68,3 2Карбонати (СО3) , мг/дм 0 З цього бачимо вплив дози внесення вапна на величину рН. 4. Зміна рН рідкого мінерального добрива в кислу сторону в залежності від кількості пропущеного через воду біогазу. У таблиці 3 порівнюється мінеральне добриво № 2, яке утворилося при проходженні біогазу курячого посліду через переварену воду протягом 10 днів (добриво № 2) із добривом № 1, яке утворилося на при проходженні біогазу через воду протягом 5 днів (добриво № 1). У добриві № 2 міститься у 10 разів більша кількість амонію порівняно з добривом № 1, так як через воду пройшло більше біогазу. Азоту у пробі води, через яку проходив біогаз протягом 10 днів, у 8 разів більше. Вільної вуглекислоти у добриві № 2 у 2,3 рази більше, ніж у добриві № 1. Сірководню у добриві № 3 більше у 1,6 разу. Таблиця 3 Хімічний склад рідкого мінерального добрива одержаного при очистці біогазу з курячого посліду із 5-ти добовим проходженням газу через воду (добриво № 1) і мінерального добрива одержаного при очистці біогазу з курячого посліду із десяти добовим проходженням газу через воду (добриво № 3), М±m, (n=3) № п/п. 1 2 3 4 5 6 7 8 20 Показники pН 23 Гідрокарбонати (НСО3 ), мг/дм 3 -«-мг СО2 / дм (гідрокарбонатів) 2Карбонати (СО3 ), мг/дм 3 Вільна СО2, мг/дм 3 Сірководень, мг/дм 3 Аміак і іони амонію (NH4+) (сумарно); мг/дм 3 - « - мг N / дм Добриво № 1 5,69±0,71 283,1±6,81 204,2±0,56 не виявлено 532,4±23,49 2,0±0,02 2,59±0,23 2,01±0,13 Добриво № 2 5,65±0,2 239,2±4,12 172,5±0,56 не виявлено 1200±10 3,12±0,08 20,8±0,54 16,22±2,01 З даних таблиці 3 бачимо, що для зміщення рН в кислу сторону потрібно пропустити через переварену воду більшу кількість біогазу. Таким чином, результати досліджень, одержані в прикладі конкретного виконання способу, підтверджують ефективність запропонованої корисної моделі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Спосіб покращення якості отриманого в процесі очищення біогазу мінерального добрива, що включає анаеробне зброджування органічних відходів з одержанням біогазу, який очищують від сірководню, вуглекислоти та аміаку шляхом пропускання дрібними струменями через воду, яка є запірною в резервуарі очисного пристрою (мокрого газгольдера), при цьому заміну запірної води здійснюють по мірі 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 через запірну воду очисного пристрою 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, який відрізняється тим, що додатково, в залежності від призначення добрива, під контролем рН-метра регулюють водневий показник рідкого мінерального добрива. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для підкислення рідке мінеральне добриво додатково насичують вуглекислим газом. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для зниження концентрації іонів водню, з рідкого мінерального добрива випаровують вуглекислий газ або додають вапно. 4 UA 103525 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 5