Способ мезофильного или термофильного аэробно- энзиматического кондиционирования жидких органических веществ и биомассы

 

Область применения: коммунальные осадки сточных вод. Сущность изобретения: аэробно-энзиматическое кондиционирование проводят путем смешения с хел,атообразователем в количестве 0,001-0,1% по органической составной части сухого вещества и энзимом или группой энзимов в количестве 0,001-1,5% по органической составной части сухого вещества при интенсивной аэрации. При этом аэробно-энзиматическое кондиционирование прерывают в момент достижения 30-50% продуктов расщепления органических веществ размера ниже 1 мкм и 40-70% продуктов - ниже 5 мкм с последующим отстаиванием в течение 5-15 ч и разделением на твердую и жидкую фазы. СО с

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 02 F 11/02; 11/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ жидкую фазы. (21) 4614963/26 (22) 13.09.89 (46) 30.08.93. Бюл. М 32 (31) WP С 02 F/319 785.6; WP С 02 F/331

716.6 (32) 14.09.88; 23.06,89 (33) DD (71) Феб проектирунг Вассервиртшафт (О О) (72) Фридрих Эберхард, Готтфрид Шрамм, Ульрих Холесовски, Петер Рихардт, Штеффен Эриг, Карин Йобст, Ханс-Юрген Блобель, Фридрих Кутцше, Герда Кошаде, Ханнелоре Фридрих и Рольф Нитцше (ОР) (56) Патент ГДР М 234571, кл, С 02 Г 11/02, 1986. (54) СПОСОБ МЕЗОФИЛЬНОГО ИЛИ ТЕРМОФИЛЬНОГО АЭРОБНО-ЭНЗИМАТИЧЕИзобретение касается кондиционироВания жидких органических веществ, в чаСтности коммунальных осадков сточных

Вод, с помощью хелатообразователей и знзимов, Цель изобретения — повышение эконоМичности процесса. Такое ведение процесса позволяет устранить шламы при небольшой

Ородолжитерьности реакции и при применении незначительных количеств химикатов. Конечные продукты, получающиеся в результате обработки, должны подлежать использованию в сельском хозяйстве или же должны обладать высокой теплотворной способностью, Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать способ, с помощью которо„„Я2„„1838252 АЗ

СКОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЖИДКИХ

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И БИОМАССЫ (57) Область применения: коммунальные осадки сточных вод. Сущность изобретения: аэробно-энзиматическое кондиционирование проводят путем смешения с хелатообразователем в количестве 0,001-0,1 по органической составной части сухого вещества и энэимом или группой энзимов в количестве 0,001-1,5)(по органической составной части сухого вещества при интенсивной аэрации. При этом аэробно-знзиматическое кондиционирование прерывают в момент достижения 30-50 продуктов расщепления органических веществ размера ниже 1 мкм и 40-707 продуктов — ниже 5 мкм с последующим отстаиванием в течение 5 — 15 ч и разделением на твердую и го жидкие органические вещества, предпочтительно шламы сточных вод, при экстремально небольшой продолжительности реакции и при применении хелатообразователей и энзимов подвергаются в такой обработке, что размер их частиц и поверхностная активность делают возможным биогенное вспенивание и твердые вещества во время следующей далее ступени дегидратации могут быть легко отделены от жидкой фазы. Конечные продукты могут сами по себе хорошо компостироваться или подвергаться сжиганию с высокой теплотворной способностью.

В соответствии с изобретением эта задача решается благодаря тому, что подвергаемые обработке жидкие органические

1838252 вещества известным образом смешиваются в биореакторе с 0,001 ф, относительно органической части сухого вещества хелатообразователя. предпочтительно соли нитрилотриуксусной кислоты, и с 0,001 относительно органической части сухого вещества энзима, расщепляющего органические компоненты содержащихся твердых веществ, и подвергаются интенсивной аэрации. В этой фазе осуществляется расщепление.органических веществ на частицы шлама меньшей величины и с более высокой удельной поверхностью частиц при одновременном повышении поверхностной активности. В соответствии с изобретением процесс расщепления вещества прерывается, когда 30 — 50 частиц имеет размер менее 1 мкм и 40 — 70 частиц — менее 5 мкм, а также значение поверхностного заряда частичек шлама по сравнению с сырым шламом на 15-30 выше, К этому моменту шламы имеют еще высокую дисперсионную стабильность, и время реакции составляет 0,520 ч. Обработанная таким образом смесь веществ затем выдерживается в следующем далее реакторе беэ аэрации в ечение

5-15 ч. Предусмотрена возможность дегазации, что достигается открытой конструкцией резервуара для дополнительной реакции. В этой фазе дополнительной реакции осуществляется биогенное хлопьеобразование поверхностно-активных частиц шлама при одновременной дестабилизации дисперсии. Чтобы последующее обезвоживание машинным способом проходило в оптимальных условиях, дополнительная реакция прерывается, когда лишь 15 — 207 частиц имеет размер менее 1 мкм и 30-40 частиц — менее 5 мкм, при этом одное ременно поверхностный заряд проходит через минимум, Остающаяся еще разница в поверхностном заряде может доводиться до установления изоэлектрической точки для дальнейшего снижения применения полимерных хлопьеобразующих средств в противоположность существующей практике с помощью добавки соответствующих неорганических веществ.

В заключейие производится разделение на жидкую и твердую фазы с помощью известных средств, например с помощью декантирующей центрифуги или концентраторов, использующих силу тяжести, С целью ускорения агрегации и сокращения времени дополнительной реакции в фазе дополнительной реакции можно работать при температуре 20-38 или 45-75 С, Повышение температуры вызывает снижение поверхностного натяжения, благодаря чему также ускоряется дегаэация. Одновре5

55 менно повышается стабильность хлопьев.

Далее частичный поток обрабатываемой смеси вещест перед азрацией может быть отведен и подготовлен таким образом, чтобы высвободились содержащиеся собственные энзимы, что, например, может осуществляться в шаровой мельнице, В заключение этот частичный поток также добавляется в процесс реакции. Благодаря этому достигается снижение добавки посторонних ферментов.

Процесс кондиционирования сильно ускоряется с помощью добавки биокатализаторов (энзимов, хелатообразователей). Во время прохождения энзиматического процесса трансформации биологически разрушаемое вещество выделяется лишь частично (около 8% по сравнению примерно с 30 при гниении шлама и около 15 — 20 при энзиматической стабилизации шлама).

Диапазон температур в аэробном реакторе, требуемый для процесса кондиционирования (25 — 38 С), достигается предпочтительно благодаря использованию экзотермического процесса обмена веществ микроорганизмов, содержащихся в шламе. Для этого необходимо в реактор вводить кислород воздуха с помощью соответствующих аэрирующих устройств и содержимое реактора постоянно перемешивать соответствующими средствами, например, с помощью центробежного насоса, Альтернативно названный диапазон температур можно реализовать при помощи подвода энергии от постороннего источника в аэробный реактор.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1, Сырой шлам коммунальной осветвляющей установки с содержанием твердых веществ 4% подвергается гомогенизации в стапельном резервуаре для сырого шлама, Затем сырой шлам квазинепрерывно направляется через гибкий трубопровод с индуктивным измерением проходящего количества и насосом для подачи сырого шлама в аэробный кондиционирующий реактор, При этом осуществляется добавление 60 г триаммонийной соли нитрилотриуксусной кислоты, предварительно растворенной примерно в 30 л водопроводной воды, Далее на каждый кубометр сырого шлама, содержащего хелатообразователь, постоянно добавляется 60 r комплексного энзимового препарата, предварительно растворенного в примере 100-кратном количестве водопроводной воды (препарат энзима при этом содержит Р-глюканазу, амилазы, протеазы и липазы). Примерно десятая часть сырого шлама перед добавкой в

1838252

40 дополнительной реакции обработанный шлам направляется в мобильную центрифу- 45 шламом с содержанием сухого вещества ме- 50 нее 0,1 по массе сухого вещества направ55 аэробный реактор подвергается обработке в шаровой мельнице. Здесь происходит высвобождение собственных энзимов, благодаря чему снижается добавка посторонних энзимов. Шлам непрерывно перемешивается в кондиционирующем реакторе с помощью интенсивного аэратора и снабжается кислородом.

При непрерывной аэрации дополнительно производится перемешивание с помощью центробежного насоса, Температура сырого шлама повышается с 20 С до примерно 30 С благодаря экзотермическому процессу обмена веществ, микроорганизмов, содержащихся в шламе, и остается почти постоянной. Благодаря би, ологическим процессам обмена веществ и механической нагрузке с помощью интенсивного аэратора происходит расщепление органического вещества на более мелкие величины частиц шлама с большей удельной поверхностью, Расщепление органических веществ в реакторе для кондиционирования происходит не так, как при энзиматической стабилизации шлама до его полного растворения.

; Процесс прерывается через 4 ч. K этому моменту измельченные частицы шлама обладают высокой поверхностной активностью.

Предварительно обработанныи таким образом шлам после добавки катионных полимерных хлопьеобразующих средств, (Zetag 92, фирма АСМ/ФРГ) переводится в открытый резервуар для дополнительной реакции. Происходит интенсивная агрегация частичек шлама. Дегазация, кроме перемешивания, ускоряется еще благодаря повышенной температуре (примерно 38 С) с помощью нагрева от постороннего источ-. ника. Одновременно благодаря этому ускоряется агрегация.

После 10-часовой продолжительности

ry для декантации и подвергается обезвоживанию, Степень осаждения твердых веществ составляет 97 — 99 С, Оставшаяся вода со ляется в установку для обработки сточных вод. Обезвоженный шлам имеет содержание сухого вещества около 32 мас.% сухого вещества и тем самым высокую теплотворную способность, мелкую структуру и незначительную способность к повторному водопоглощению. Он почти совсем не имеет запаха. Высокая теплотворная способность обеспечивает сгорание без аутоэнергетиче5

30 ского сгорания или с сильно сниженным применением дополнительной энергии.

С учетом предельной концентрации тяжелых металлов обезвоженный шлам с высокой долей P u N можно непосредственно испольэовать в сельском хозяйстве, компостировать или сохранять, Пример 2. Сырой шлам коммунальной очистной установки с содержанием твердых веществ 47; подвергают гомогенизации в стапельном резервуаре для сырого шлама. Затем сырой шлам квазинепрерывно направляют по гибкому трубопроводу с индуктивным замером проходящего количества и подающим насосом для сырого шлама в аэробный реактор для кондиционирования. При этом добавляют 60 r триаммонийной соли нитрилотриуксусной кислоты, предварительно растворенной примерно в

30 л водопроводной воды, Далее на каждый кубометр сырого шлама, содержащего хелатообразователь, постоянно добавляют 60 r комплексного энзимного препарата, который содержит P ãëþêîíàçó, амилазы, протеазы и липазы, предварительно растворенного в 100-кратном количестве водопроводной воды. Почти десятую часть сырого шлама:перед добавкой в аэробный реактор обрабатывают в шаровой мельнице. Здесь происходит высвобождение собственных энзимов, благодаря чему уменьшается количество добавки посторонних энзимов. С помощью сильного аэратора шлам подвергается непрерывному перемешиванию в кондиционирующем реакторе и снабжается кислородом.

При периодической аэрации дополнительно проводится перемешивание с помощью центробежного насоса.

Температура сырого шлама повышается благодаря экзотермическому процессу обмена веществ микроорганизмов, содержащихся в шламе, с 20 до 30 С и остается примерно постоянной. Благодаря биологическому процессу обмена веществ и механической нагрузке от интенсивного аэратора осуществляется расщепление органического вещества на малые частицы шлама с большой удельной поверхностью.

Расщепление органического вещества в реакторе для кондиционирования осуществляется не как при энзиматической стабилизации шлама до их пОлного растворения. Процесс прерывается через 4 ч. К этому моменту размельченные частицы шлама обладают высокой поверхностной активностью.

Подготовленный таким образом шлам направляется в открытый реактор для дополнительной реакции. Вследствие высо1838252

10

25,30

55 кой поверхностной активности частиц шлама осуществляется обратная агрегация частиц шлама. На основе образующихся во время реакционной фазы тонких первичных частиц могут образовываться стабильные агломераты. Дегазация ускоряется благодаря повышенной почти до 38 С температуры с помощью подогрева от постороннего источника. Одновременно таким образом агломерация проходит быстрее. Через 10 ч дополнительной реакции шлам после добавки первичных хлопьеобразующих средств (FeCb) смешивается с катионными полимерными хлопьеобрээующими средствами (Zetag 92, фирма АСМ/ФРГ) и подвергается дегидратации с помощью машин (например, с помощью декантирующего устройства). Степень осаждения твердого вещества 97 — 99%. Отделенная . осадочная вода с содержанием сухого вещества меньше 0,1 мас,% сухого вещества направляется в установку для обработки сточных вод. Обезвоженный шлам имеет содержание твердого вещества 32 мас.% сухого вещества и обладает .высокой теплотворной способностью, тонко гранулированной структурой и незначительной способностью повторного поглощения воды. Он почти не имеет запаха, Высокая теплотворная способность делает возможным сжигание без эутоэнергетического сгорания или с очень незначительным применением дополнительной энергии.

С учетом предельной концентрации тяжелых металлов обезвоженный шлам с высокой долей P u N может непосредственно применяться в сельском хозяйстве, подвергаться компостированию или сохранению.

Пример 3, Сырой шлам коммунальной очистительной установки с трудноразрушаемыми содержащимися веществами с количеством твердых веществ 3% подвергается гомогенизации в стапельном резервуаре для сырого шлама. Затем в сырой шлам направляется квазинепрерывно с помощью гибкого трубопровода с индуктивным замером проходящего количества и с подающим насосом для сырого шлама в реактор для кондиционирования, При этом следует добавка 60 г триаммонийной соли нитрилотриуксусной кислоты, предварительно растворенной примерно в 30 л водопроводной воды. Далее нэ каждый кубический метр сырого шлама, содержащего хелэтообразователи, постоянно добавляют 60 r комплексного энзимного препарата, предварительно растворенного примерно в 100кратном количестве водопроводной воды, который содержит Р-глюканазу, эмилазы, протеазы и липазы. Примерно десятая часть сырого шлама перед добавкой в анаэробный реактор подвергается обработке в шаровой мельнице. Здесь осуществляется высвобождение собственных энзимов, благодаря чему снижается добавляемое количество посторонних энзимов. С помощью интенсивного аэратора шлам в кондиционирующем реакторе постоянно перемешивается и снабжается кислородом.

При периодической аэрации дополнительно проводится перемешивание с помощью центробежного насоса.

Температура шлама благодаря экэотермическому процессу обмена веществ микроорганизмов, содержащихся в шламе, в течение 20 ч повышается с 20 до 50 С.

Биологические процессы обмена веществ и механическая нагрузка от интенсивной аэрации вызывают расщепление органического вещества на малые частицы шлама и высокую генетическую поверхность частиц.

Обработанный таким образом шлам направляется в открытый резервуар для проведения дополнительной реакции. Вследствие высокой поверхностной активности частиц шлама осуществляется обратная агрегэция частиц шлама, На основе тонких первичных частиц, образующихся во время фазы прохождения реакции могут образоваться стабильные агломераты. Благодаря подводу посторонней энергии температура шлама поддерживается постоянной, так что агломерация проходит быстрее. Одновременно тем самым ускоряется дегазация.

После 15-часовой продолжительности реакции шлам подвергается смешиванию с катионитными полимерными хлопьеобразую" щими средствами(2е а9 92, фирма АСМ/ФРГ) и обезвоживается с помощью машины (например, декантирующего устройства), Степень осаждения твердых веществ составляет 97-99%. Отделенная сточная вода с содержанием сухого вещества менее

0,1 мас.% сухого вещества направляется к подводу установки для обработки сточных вод. Обезвоженный шлам имеет содержание сухого вещества около 32% по массе сухого вещества и высокую теплотворную способность, тонкогранулированную структуру и незначительную способность повторного водопоглощения. Он почти совсем не имеет запаха. Высокая теплотворная способность делает возможным сгорание без (energie anfarne verbrenug) или с сильно пониженным применением дополнительной энергии, С учетом предельной концентрации тяжелых металлов обезвоженный шлам с вы1838252

10

20 сокой долей P u N может непосредственно использоваться в сельском хозяйстве, компостироваться или сохраняться.

Пример 4. Навоз фермы для откорма свиней с содержанием твердого вещества

6% подвергается гомогенизации в резервуаре. Затем навоз квазинепрерывно направляют через гибкий трубопровод с индуктивным замером проходящего количества и подающим насосом в аэробный реактор для кондиционирования. При этом добавляют 60 г триаммонийной соли нитрилотриуксусной кислоты, предварительно растворенный примерно в 30 л водопроводной воды. Далее на каждый кубический метр навоза, содержащего хелатообразователи, постоянно добавляют комплексный препарат знзима (60 r), который содержит Р=глюканазу, амилазы протеазы и липазы, предварительно растворив его в примерно

100-кратном количестве водопроводной воды. Примерно десятую часть навоза перед добавкой в аэробный реактор обрабатывают в шаровой мельнице. Здесь происходит высвобождение собственных энзимов. благодаря чему снижается добавляемое количество посторонних энзимов. С помощью интенсивного вентилятора навоз непрерывно перемешивается в реакторе для кондиционирования и в течение 0,5 ч и снабжается кислородом.

При периодической вентиляции допол нительно проводится перемешивание с помощью центробежного насоса. Температура повышается благодаря экзотермическому процессу обмена веществ микроорганизмов, содержащихся в навозе, с 20 примерно до 30 С и остается приблизительно постоянной. Биологические процессы обмена веществ и механические нагрузки от интенсивной вентиляции способствуют расщеплению органических веществ на частицы малых размеров с . одновременным увеличением удельной поверхности частиц.

Подготовленный таким образом навоз переводится в открытый резервуар для проведения дополнительной реакции. Вследствие высокой поверхностной активности частиц шлама происходит обратная агломерация частиц шлама. На основе тонких первичных частиц, образующихся во время реакционной фазы, могут образовываться стабильные агломераты, Температура шлама составляет в среднем 25 С. После 5-ча30

55 совой продолжительности реакции навозный шлам после добавки катионитных полимерных хлопьеобразующих средств (Zetag

92, фирма АСМ/ФРГ) перемешивается и подвергается дегидратации машинным методом (например. с помощью декантирующего устройства).

Степень осаждения твердых веществ составляет 97-99%. Отделенная вода со шламом с содержанием сухого вещества менее 0,1% по массе сухого вещества направляется в установку для обработки сточных вод. Обезвоженный шлам имеет содержание сухого вещества примерно 32% о массе сухого вещества и тем самым высокую теплотворную способность, тонкогранулированную структуру и незначительную способность повторного водопоглощения.

Он почти полностью лишен запаха, Высокая теплотворная способность дает возможность сгорания без аутоэнергетического сгорания или с сильно сниженным применением дополнительной энергии.

С учетом концентрации тяжелых металлов обезвоженный шлам с высокой составной частью P u N можно непосредственно использовать в сельском хозяйстве, компостировать или сохранять.

Формула изобретения

Способ мезофильного или термофильного аэробно-энзиматического кондиционирования жидких органических веществ и биомассы путем смешения с хелатообразователем в количестве 0,001 — 0,1% по органической составной части сухого вещества и энзимом или группой энэимов в количестве

0,001 — 1,5% по органической составной части сухого вещества при интенсивной аэрации,отлича ющийся тем,что азробно-знэиматическое кондиционирование прерывают в момент достижения 3050% продуктов расщепления органических веществ размера ниже 1 мкм и 40-70% продуктов — ниже 5 мкм с последующим отстаиванием в течение 5-15 ч и разделением на твердую и жидкую фазы.

Приоритет по признакам:

14,09,88 при последующем отстаивании

5 — 15 ч и последующем разделении на твердую и жидкую фазы и проведении процесса в.мезофильной или термильной областях;

23.06.89 при прерывании реакции в момент достижения 30-50% продуктов расщепления размером частиц меньше 1 мм.