Спосіб переробки сільськогосподарських відходів

1. Способ переработки сельскохозяйственных отходов, включающий подачу сельскохозяйственных отходов в реактор, перемешивание среды, обработку отходов аммиачной водой, ввод в отходы сульфата кальция в молярном соотношении его с образовавшимся карбонатом аммония не ме нее 1:1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что предварительно производят сбраживание сельскохозяйственных отходов, в процессе которого выделяют биогаз, сброженные отходы подают в реактор, где осуществляют их аэрацию выделенным при сбраживании биогазом, причем в аэрируемые биогазом отходы добавляют аммиачную воду до достижения заданной величины рН и сульфат кальция, после чего отводят образовавшиеся стабильное удобрение и обогащенный после аэрации биогаз. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что заданную величину рН корректируют по концентрации СОг в обогащенном после аэрации биогазе. 3. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что сульфат кальция подают в реактор в автоматическом режиме пропорционально расходу аммиачной воды с учетом концентрации карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реактор. Изобретение относится к способам получения удобрений, в частности, в технологии переработки органических (животноводческих, птицеводческих) отходов в удобрения и биогаз. Предлагаемый способ может быть 'использован в агропромышленной области для получения удобрений, В качестве прототипа выбран способ подготовки жидкого навоза в качестве удобрения путем фиксации аммонийного азота, включающий определение содержания в жидких органических отходах гидрокарбоната аммония и СО2, обработку аммиачной водой органических отходов при молярном соотношении ее с гидрокарбонатом аммония и СОг соответственно 1:1 и 2:1, а также ввод сульфата кальция в молярном соотношении его с образовавшимся карбонатом аммония не менее 1:1. В известном способе не достигается необходимый технический результат - минерализация отходов, а следовательно, за время (21)93006216 (22)28.12.93 (46) 30.09.96. Бюл. № З (56) Авторское свидетельство СССР N* 165422294, кл. С 05 F 3/00, 1991. (71) Писарев Станіслав Іванович, Коцюбинський Броніслав Броніславович, Бабієв Григорій Миколаєвич (72) Писарєв Станіслав Іванович, Коцюбинський Броніслав Броніславович, Бабієв Григорій Миколаєвич (73) Писарєв Станіслав Іванович (UA), Коцюбинський Броніслав Броніславович (UA), Бабієв Григорій Миколаєвич (UA) С > 9597 их минерализации непосредственно в почве часть полезных веществ, в том числе азот и СОг, будет вымыто грунтовыми водами, что значительно уменьшает удобрительную ценность отходов и ухудшает экологическую обстановку окружающей среды. Кроме того, указанный способ не предусматривает получение потенциально возможного полезного продукта - биогаза. Следует отметить, что ввод в органические отходы необходимого для фиксации аммонийного азота и СОг количества аммиачной воды приостанавливает жизнедеятельность микроорганизмов, в том числе метаногенных, одним из показателей которых является выделение биогаза. Фиксация СО2 при получении биогаза в этом случае уменьшает выход метана, т.к. СОг является субстратом в процессе получения метана. Поэтому получение метана в этом случае затруднено и связано с поиском ново? последовательности операции. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа переработки о р г а н и ч е с к и х отходов в б и о г а з и удобрения, в котором в результате обработки сброженных отходов и биогаза в отдельном реакционном объеме аммиачной водой и CaSO4 обеспечивается увеличение концентрации метана в биогазе и получение устойчивой формы а м м о н и й н о г о азота (NH4)2SO4 за счет этого увеличивается калорийность биогаза как энергоносителя и предотвращается улетучивание азота и СО2 из отходов прм внесении их в почву в качестве удобрений, что повышает их удобрительную способность. Указанная задача решена тем, что в способе переработки сельскохозяйственных отходов, включающем подачу сельскохозяйственных отходов в реактор, перемешивание среды, обработку отходов аммиачной водой, ввод в отходы сульфата кальция в молярном соотношении его с образовавшимся карбонатом аммония не менее 1:1, согласно изобретению, предварительно производят сбраживание сельскохозяйственных отходов, в процессе которого выделяют биогаз, сброженные отходы подают в реактор, где осуществляют их аэрацию выделенным при сбраживании биогазом, причем в аэрируемые б и о г а з о м отходы добавляют аммиачную воду до достижения заданной величины рН и сульфат кальция, после чего отводят образовавшиеся стабильное удобрение и обогащенный после аэрации метаном биогаз, причем заданная величина рН корректируют по концентрации СОг в обогащенном после аэрации биогазе, а сульфат кальция подают в реактор в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 автоматическом режиме пропорционально расходу аммиачной воды с учетом концентрации карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реактор. В процессе сбраживания происходит минерализация органических отходов. В отличие от известного изобретения фиксация аммонийного азота и СОг после процесса получения биогаза в сброженных минерализованных отходах позволяет беспрепятственно получить полезный продукт - биогаз. Подача аммиачной воды в аэрируемые биогазом сброженные отходы, находящиеся в реакционном объеме, позволяет получить два технических результата - увеличение концентрации метана в биогазе за счет фиксации в отходах СОг, поступающего в сброженные отходы с биогазом, а также, не препятствуя процессу получения биогаза, перевод г и д р о к а р б о н а т а аммония NH4HCO3 в карбонат аммония - (Г\Ж4)гСОз в карбонат аммония - (ЫН4)гСОз в автоматическом режиме. При этом, концентрация метана в бионазе увеличивается до 97% и выше, что значительно повышает его калорийность как нетрадиционного энергоносителя. Регулирование подачи аммиачной воды путем поддержания заданного значения рН, величину задания которой корректируют по концентрации СОг в отработанном биогазе, позволяет оперативно изменять расход аммиачной воды для связывания СОг и NH4HCO3, а, следовательно, осуществлять автоматическую подачу аммиака в отходы в эквивалентном количестве к концентрации карбоната аммония и СОг, что исключает его передозировку. Оптимальная подача сульфата кальция в сброженные отходы достигается тем, что подачу осуществляют пропорционально расходу аммиачной воды, корректируя пропорциональность по концентрации карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реакционный объем. Подача сульфата кальция даже при наличии сульфатредукции в этом случае не ухудшает качество биогаза. При этом обработка аммиачной водой сброженных отходов не только стабилизирует их состав, ослабляет их неприятный запах, но и предотвращает выделение газов за счет прекращения биологических процессов, что облегчает транспорт и хранение сброженных отходов в герметичных емкостях. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В герметическую емкость - метантенк, содержащий анаэробные организмы, подают органические отходы, где происходит их сбраживание при температуре 30-35°С, рН - 7,2-7,8. Образовавшийся биогаз и 9597 сброженные минерализованные отходы из метантеков подают в герметическую емкость - реактор, куда также подают аммиачную воду и производят непрерывное перемешивание. Сброженные отходы аэрируют биога- 5 зом. Подачу аммиачной воды производят в реактор из мерной емкости в автоматическом режиме, поддерживая заданное значение р Н , величину задания которой корректируют по наименее возможной кон- 10 центрации СОг в обработанном биогазе. Сульфат кальция из мерной емкости подают непрерывно в автоматическом режиме в реакционную емкость пропорционально расходу аммиачной воды. При этом пропор- 15 циональность корректируют предварительно определив концентрацию карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реакционную емкость. П р и м е р . Сбраживание органических 20 отходов проводят в герметичной емкости метантенке с рабочим объемом 15 м , содержащем анаэробные микроорганизмы, при температуре 30-35°С, рН - 7,2-7,8, в который насосом подают предварительно нагре- 25 тые, освобожденные От крупных включений органические отходы (помет, навоз свиней, навоз крупного рогатого скота) влажностью 85-92%. Расход органических отходов составляет 1,5 м 3 в сутки. При этом выход биога- 30 за составлял 30-60 м 3 в сутки, т.е. 2-4 м 3 / м 3 рабочего объема в сутки. Биогаз состоял из 65-80% метана и 35-20% СО2. Обработку биогаза и сброженных отходов аммиачной водой производят в герметичном реакторе с 35 рабочим объемом 10 л при перемешивании, в который подают из метантенка биогаз в количестве 30-60 м 3 в сутки и сброженные отходы в количестве 1,5 м в сутки, аэрируя их биогазом. Подачу аммиачной воды в ре- 40 актор производят из мерной емкости в автоматическом режиме, поддерживая заданное значение рН - 7,4, что соответствовало концентрации СОг в обработанном аммиачной водой биогазе - 3%. В этом случае при сни- 45 жении концентрации СОг в биогазе до 3% автоматическая система отключает подачу аммиачной воды, и наоборот, при повыше Упорядник Замовлення 4544 нии - включает. Так как аммиачная вода (аммиак) расходуется на нейтрализацию СОг, поступающего в сброженные отходы с биогазом, и на период гидрокарбоната аммония в карбонат аммония, то выключение автоматической системой подачи аммиачной воды свидетельствует о том, что подача произведена в эквивалентном количестве к концентрации гидрокарбоната аммония и СОг, т.е. расход аммиака является наиболее экономичным. Подачу сульфата кальция из мерной емкости в реакционный объем производят в автоматическом режиме пропорционально расходу аммиачной воды, корректируя при этом коэффициент пропорциональности по концентрации карбоната кальция в сброженных отходах, поступающих в реакционный объем. Последнее позволяет подать сульфат кальция в молярном соотношении его с карбонатом аммония не менее 1:1. Биогаз из реактора после обработки его аммиачной водой подают в узел подготовки газа к транспорту и хранению при концентрации метана в нем до 97%, а стабильные сброженные отходы отводят в накопитель. Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет получить биогаз с высоким, до 97% и выше, содержанием метана и минерализованное органическое удобрение, содержащее устойчивое соединение аммонийного азота - сульфат аммония, который является легкорастворимым, хорошо доступным для растений источником азота. При этом минерализация отходов позволяет производить подкормку растений в течение всего вегетативного периода, что при развитой корневой системе растений и правильной дозировке значительно снижает потери питательных веществ от вымывания, а фиксация аммонийного азота и СОг в минерализованных органических отходах предотвращает улетучивание при их внесении в почву. В конечном результате достигается значительная экономия азотных удобрений. Так, например, экономия на аммиачной селитре только по Украине может составить несколько миллиардов карбованцев. Техред М.Моргентал Коректор Л. ЛГврІнц Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101 УКРАЇНА (19) UA «„, 9597 (13) С1 (51)6 С 05 F 3/00 ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ВІДХОДІВ (21) 93006216 (22) 28.12.93 (24) 29.12.99 (46) 29 12.99. Бюл. № 8 (56) Авторское свидетельство СССР № 1654294, кл. С 05 F 3/00, 1994. (72) Писарєв Станіслав Іванович, Коцинський Бронюлав Броніславович, Бабієв Григорій Миколаєвич (73) Товариство з обмеженою відповідальністю "АЛЬТЕК, ЛТД" (57) 1. Способ переработки сельскохозяйственных отходов, включающий подачу сельскохозяйственных отходов в реактор, перемешивание среды, обработку отходов аммиачной водой, ввод в отходы сульфата кальция в молярном соотношении его с образовавшимся карбонатом аммония не менее 1:1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что предварительно производят сбраживание сельскохозяйственных отходов, в процессе которого выделяют биогаз, сброженные отходы подают в реактор, где осуществляют их аэрацию выделенным при сбраживании биогазом, причем в аэрируемые биогазом отходы добавляют аммиачную воду до достижения заданной величины рН и сульфат кальция, после чего отводят образовавшиеся стабильное удобрение и обогащенный после аэрации биогаз 2 Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что заданную величину рН корректируют по концентрации СО а в обогащенном после аэрации биогазе. 3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что сульфат кальция подают в реактор в автоматическом режиме пропорционально расходу аммиачной воды с учетом концентрации карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реактор. чО NO Изобретение относится к способам получения удобрений, в частности, в технологии переработки органических (животноводческих, птицеводческих) отходов в удобрения и биогаз. Предлагаемый способ может быть использован в агропромышленной области для получения удобрений В качестве прототипа выбран способ подготовки жидкого навоза в качестве удобрения путем фиксации аммонийного азота, включающий определение содержания в жидких органических отходах гидрокарбоната аммония и СО2, обработку аммиачной водой органических отходов при молярном соотношении ее с гидрокарбонатом аммония и СО 2 соответственно 1.1 и 2:1, а также ввод сульфата кальция в молярном соотношении его с образовавшимся карбонатом аммония не менее 1:1. В известном способе не достигается необходимый технический результат - минерализация отходов, а следовательно, за время их минерализации непосредственно в почве есть часть полезных веществ, в том числе азот и СО2, будет вымыто грунтовыми водами, что значительно умень о 9597 шает удобрительную ценность отходов и ухудшает экологическую обстановку окружающей среды. Кроме того, указанный способ не предусматривает получение потенциально возможного полезного продукта - биогаза. Следует отметить, что ввод в органические отходы необходимого для фиксации аммонийного азота и СО2 количества аммиачной воды приостанавливает жизнедеятельность микроорганизмов, в том числе метаногенных, одним из показателей которых является выделение биогаза. Фиксация СО2 при получении биогаза в этом случае уменьшает выход метана, т. к. СО2 является субстратом в процессе получения метана. Поэтому получение метана в этом случае затруднено и связано с поиском новой последовательности операции. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа переработки органических отходов в биогазе и удобрения, в котором в результате обработки сброженных отходов и биогаза в отдельном реакционном объеме аммиачной водой и CaSO4 обеспечивается увеличение концентрации метана в биоазе и получение устойчивой формы аммонийного азота - (NH4)2SO4 за счет этого увеличивается калорийность биогаза как энергоносителя и предотвращается улетучивание азота и СО2 из отходов при внесении их в почву в качестве удобрений, что повышает их удобрительную способность. Указанная задача решена тем, что в способе переработки сельскохозяйственных отходов, включающем подачу сельскохозяйственных отходов в реактор, перемешивание среды, обработку отходов аммиачной водой, ввод в отходы сульфата кальция в молярном соотношении его с образовавшимся карбонатом аммония не менее 1:1, согласно изобретению, предварительно производят сбраживание сельскохозяйственных отходов, в процессе которого выделяют биогаз, сброженные отходы подают в реактор, где осуществляют их аэрацию выделенным при сбраживании биогаз, причем в аэрируемые биогазом отходы добавляют аммиачную воду до достижения заданной величины рН и сульфат кальция, после чего отводят образовавшиеся стабильное удобрение и обогащенный после аэрации метаном биогаз причем заданная величина рН корректируют по концентрации СО2 в обогащенном после аэрации биогазе, а сульфат кальция подают в реактор в автоматическом режиме пропорционально 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 расходу аммиачной воды с учетом кон-, центрации карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реактор. В процессе сбраживания происходит минерализация органических отходов. В отличие от известного изобретения фиксация аммонийного азота и СО2 после процесса получения биогаза в сброженных минерализованных отходах позволяет беспрепятственно получить полезный продукт - биогаз. Подача аммиачной воды в аэрируемые биогазом сброженные отходы, находящиеся в реакционном объеме, позволяет получить два технических результата - увеличение концентрации метана в биогазе за счет фиксации в отходах СО2, поступающего в сброженные отходы с биогазом, а также, не препятствуя процессу получения биогаза, перевод гидрокарбоната аммония -NH4HCO3 в карбонат аммония - (NH4)2CO3 в автоматическом режиме. При этом, концентрация метана в биогазе увеличивается до 97% и выше, что значительно повышает его калорийность как нетрадиционного энергоносителя. Регулирование подачи аммиачной воды путем поддерживания заданного значения рН, величину задания которой корректируют по концентрации СО2 в отработанном биогазе, позволяет оперативно изменять расход аммиачной воды для связывания СО2 и NH4HCO3, а, следовательно, осуществлять автоматическую подачу аммиака в отходы в эквивалентном количестве к концентрации карбоната аммония и СО2, что исключает его передозировку. Оптимальная подача сульфата кальция в сброженные отходы достигается тем, что подачу осуществляют пропорционально расходу аммиачной воды, корректируя пропорциональность по концентрации карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реакционный объем. Подача сульфата кальция даже при наличии сульфатредукции в этом случае не ухудшает качество биогаза. При этом обработка аммиачной водой сброженных отходов не только стабилизирует их состав, ослабляет их неприятный запах, но и предотвращает выделение газов за счет прекращения биологических процессов, что облегчает транспорт и хранение сброженных отходов в герметичных емкостях. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В герметическую емкость - метантенк, содержащий анаэробные организмы, подают органические отходы, где происходит их сбраживание при темпера 9597 туре 30-35°С, рН 7,2-7,8. Образовавшийся биогаз и сброженные минерализированные отходы из метантенков подают в герметическую емкость - реактор, куда также подают аммиачную воду и производят непрерывное перемешивание. Сброженные отходы аэрируют биогазом. Подачу аммиачной воды производят в реактор из мерной емкости в автоматическом режиме, поддерживая заданное значение рН, величину задания которой корректируют по наименее возможной концентрации СО2 в обработанном биогазе. Сульфат кальция из мерной емкости подают непрерывно в автоматическом режиме в реакционную емкость пропорционально расходу аммиачной воды. При этом пропорциональность корректируют предварительно определив концентрацию карбоната аммония в сброженных отходах, поступающих в реакционную емкость. П р и м е р . Сбраживание органических отходов в герметичной емкости - метантенке с рабочим объемом 15 м 3 , содержащем анаэробные микроорганизмы, при температуре 30-35°С, рН 7,2-7,8, в который насосом подают предварительно нагретые, освобожденные от крупных включений органические отходы (помет, навоз свиней, навоз крупного рогатого скота) влажностью 85-92%. Расход органических отходов составляет 1,5 м 3 в сутки. При этом выход биогаза составлял 30-60 м 3 в сутки, т. е. 2-4 м 3 /м 3 рабочего объема в сутки. Биогаз состоял из 65-80% метана и 35-20% СОг. Обработку биогаза и сброженных отходов аммиачной водой производят в герметичном реакторе с рабочим объемом 10 л при перемешивании, в который подают из метантенка биогаз в 3 количестве 30-60 м в сутки и сброженные отходы в количестве 1,5 м 3 в сутки, аэрируя их биогазом. Подачу аммиачной воды в реактор производят из мерной ем-* •кости в автоматическом режиме, поддерживая заданное значение рН 7,4,что соответствовало концентрации СО2 в обработанном аммиачной водой биогазе - 3%. В этом случае при снижении концентрации СО2 в биогазе до 3% автоматическая система отключает подачу аммиачной воды, и наоборот, при повышении - включает. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 6 Так как аммиачная вода (аммиак) расходуется на нейтрализацию СО2, поступающего в сброженные отходы с биогазом, и на перевод гидкарбоната аммония, то выключение автоматической системой подачи аммиачной воды свидетельствует о том, что подача произведена в эквивалентном количества к концентрации гидрокарбоната аммония и СО2, т. е. расход аммиака является наиболее экономичным. Подачу сульфата кальция из мерной емкости в реакционный объем производят в автоматическом режиме пропорционально расходу аммиачной воды, корректируя при этом коэффициент пропорциональности по концентрации карбоната кальция в сброженных отходах, поступающих в реакционный объем. Последнее позволяет подать сульфат кальция в молярном соотношении его с карбонатом аммония не менее 1:1. Биогаз из реактора после обработки его аммиачной водой подают в узел подготовки газа к транспорту и хранению при концентрации метана в нем до 97%, а стабильные сброженные отходы отводят в накопитель. Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет получить биогаз с высоким, до 97% и выше, содержанием метана и минерализованное органическое удобрение, содержащее устойчивое соединение аммонийного азота сульфат аммония, который является легкорастворимым, хорошо доступным для растений источником азота. При этом минерализация отходов позволяет производить подкормку растений в течение всего вегетативного периода, что при развитой корневой системе растений и правильной дозировке значительно снижает потери питательных веществ от вымывания, а фиксация аммонийного азота и СО2 в минерализованных органических отходах предотвращает улетучивание при их внесении в почву. Упорядник В конечном результате достигается значительная экономия азотных удобрений. Так, например, экономия на аммиач50 ной селитре только по Украине может составить несколько миллиардов карбованцев. Техред М. Келемеш Коректор М.Куль Замовлення 534 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101