Способ переработки органических отходов

 

Изобретение относится к технике анаэробной переработки органических отходов и может быть использовано на городских очистных станциях и в сельском хозяйстве. Результат: повышение утилизации диоксида углерода, выхода метана и производительности процесса переработки. Сущность изобретения: органические отходы перерабатывают посредством двухстадийного кислотного и щелочного анаэробного сбраживания с образованием биогаза при барботаже газом отходов на щелочной стадии сбраживания, барботаж производят извлеченным из биогаза диоксидом углерода, температуру диоксида углерода выбирают в пределах 27 - 60°С, отходы барботируют и на кислотной стадии сбраживания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение направлено на охрану окружающей среды от загрязнений/ относится к технике анаэробной переработки осадка сточных вод/ бытовых и производственных отходов и может быть использовано на городских очистных станциях и в сельском хозяйстве.

Аналогом изобретения является аназробная переработка осадка сточных вод в метантенке с жестким перекрытием.

Осадок загружают в метантенк и перемешивают мешалкой. В результате жизнедеятельности анаэробных бактерий в метантенке происходит разложение сложных химических соединений до простых. Продуктами их жизнедеятельности является биогаз/ вода и ил/ в состав которого входят не поддающиеся биодеградации органические и неорганические нелетучие соединения и биомасса бактерий. Обладающий топливными свойствами биогаз сжигают в котельной/ а полученное тепло используют главным образом на подогрев осадка в метантенке до температур мезофильного (30-35°С) или термофильного (50-55°С) режимов сбраживания. Подогрев осуществляют впрыском в осадок полученного в котельной острого водяного пара низкого давления и температуры 100-110°С.

Недостатком аналога является то/ что в нем не утилизируется диоксид углерода/ который содержится в биогазе и составляет 30-33 % его количества. Другой недостаток заключается в том/ что барботаж осадка острым паром причиняет вред анаэробным бактериям и увеличивает влажность выгружаемого осадка.

Прототипом изобретения является способ двухстадийного анаэробного сбраживания осадка сточных вод. Осадок непрерывно иловым насосом вначале направляют в метантенк первой ступени/ где осуществляют начальную кислотную стадию анаэробного сбраживания/ в которой происходит разложение сложных органических соединений до кислот жирного ряда. Затем осадок поступает в метантенк второй ступени/ где осуществляют щелочную стадию сбраживания и завершают цикл его обработки/ после чего осадок приобретает стабильность/ необходимую для его подсушивания и дальнейшей утилизации. В результате жизнедеятельности метаногенных бактерий на второй стадии щелочного или метанового сбраживания из конечных продуктов первой стадии выделяются в основном вода и биогаз/ который состоит из метана (60-76 %)/ водорода (1-2 %)/ азота (0/5 %)/ остальной составляющей биогаза является диоксид углерода. Удельный выход биогаза зависит от содержания органических соединений в осадке и составляет 10 - 15 м³ на 1 м³ осадка. Биогаз из метантенков направляют на сжигание в котельную/ а полученное тепло используют на подогрев метантенков до температуры мезофильного или термофильного режимов сбраживания. Перед подачей на сжигание из биогаза извлекают диоксид углерода/ за счет чего содержание метана в нем доводят до 95 - 96 %. Часть обогащенного биогаза возвращают в метантенк второй ступени посредством барботажа через крупнопузырчатые диспергаторы/ установленные в нижней части метантенка.

Недостатками прототипа являются: - барботаж осадка в метантенке второй ступени биогазом/ обогащенным по метану. Положительный эффект от такого барботажа заключается только лишь в эффективном перемешивании осадка. Этот положительный эффект может быть достигнут посредством барботажа осадка любым другим достаточно инертным газом. Отрицательный эффект заключается в том/ что барботаж осадка метаном повышает его концентрацию во всем объеме метантенка. Так как метан является конечным продуктом жизнедеятельности анаэробных бактерий/ то/ следовательно/ повышение его концентрации замедляет процесс переработки/ снижает его производительность: - отсутствие барботажа осадка в метантенке первой ступени/ что также снижает производительность процесса переработки: - отсутствие утилизации диоксида углерода.

Задачей/ на решение которой направлено предлагаемое изобретение/ является переработка органических отходов.

В результате осуществления изобретения может быть достигнуто повышение утилизации диоксида углерода/ выхода метана и производительности процесса переработки.

Изобретение характеризуется следующими общими с прототипом признаками: органические отходы перерабатывают посредством двухстадийного кислотного и щелочного анаэробного сбраживания с образованием биогаза/ при барботаже газом отходов на щелочной стадии сбраживания.

Изобретение характеризуется следующими отличительными от прототипа признаками: барботаж производят извлеченным из биогаза диоксидом углерода/ температуру диоксида углерода выбирают в пределах 27-60°С/ отходы барботируют и на кислотной стадии сбраживания.

Существенные признаки/ выражающие в своей совокупности сущность изобретения/ являются достаточными для достижения технического результата/ обеспечиваемого изобретением.

Повышение утилизации диоксида углерода и выхода метана достигается тем/ что отходы барботируют диксидом углерода/ извлеченным из биогаза. Все известные метаногенные микроорганизмы/ кроме Methanothrix Soehngenii/ способны к автотрофному потреблению Н₂ и CO₂/ они превращают их в метан/ используя водород как донор электронов CO₂+4H₂ -- CH₄+2H₂O. Эта реакция является термодинамически выгодной/ так как в результате ее из одного моля АДФ образуется один моль АТФ. Подвод на барботаж отходов извлеченного из биогаза диоксида углерода повышает вероятность конверсии каждой молекулы СО₂ в молекулу СН₄. При этом будет наблюдаться повышение содержания СО₂ в биогазе/ увеличение выхода СН₄ из биореактора и уменьшение количества СО₂/ неподвергшегося конверсии в СН₄.

Повышение производительности процесса переработки достигается тем/ что: - барботаж отходов диоксидом углерода способствует удовлетворению пищевых потребностей хемолитоавтотрофных метаногенных бактерий/ за счет чего увеличивается их численность в биореакторе: -отходы/ находящиеся на кислотной и щелочной стадиях сбраживания барботируют диоксидом углерода/ имеющим температуру 27-60°С. Симбаотическое сообщество микроорганизмов в анаэробном биореакторе функционирует как саморегулирующаяся система/ поддерживая значение рН/ ЕН и термодинамическое равновесие оптимальными для своего роста. Однако/ изменения состава отходов/ конструктивные недостатки биореактора/ изменение режимов сбраживания и другие факторы требуют активного вмешательства в работу биореактора. Одним из основных механизмов воздействия на работу биореактора будет являться температура диоксида углерода/ подводимого на барботаж отходов.

На чертеже представлен вариант схемы установки по переработке органических отходов/ поясняющий предлагаемый способ.

В состав установки входят метантенк 1 кислотной стадии сбраживания/ метантенк 2 щелочной стадии сбраживания/ трубопроводы3/4/5 для прокачки отходов/ компрессор 6/ противоточная газожидкостная колонна 7/ ресивер 8/ электролитический регенератор 9/ циркуляционный насос 10/ нагреватель 11/ диспергатор 12/ трубопроводы 13 и 14 отвода на утилизацию диоксида углерода и метана соотвественно/ запорно-регулирующие вентили 15/ компрессор 16/ соединительные трубопроводы.

Переработку органических отходов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. Отходы/ являющиеся питательной средой для анаэробных микроорганизмов/ прокачивают последовательно по трубопроводам 3/4/ и 5 через метантенки 1 и 2. Биогаз/ выделяющийся в результате жизнедеятельности микроорганизмов в газовые полости метантенков/ скачивают компрессором 6 и нагнетают через противоточную газожидкостную колонну 7 в ресивер 8. В газожидкостной колонне 7/ воздействуя на биогаз водным раствором гидрооксида натрия/ извлекают из него диоксид углерода в соответствии с уравнением 2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃+H₂O. Отработавший раствор/ содержащий остаточное количество NaOH и значительное количество натриевой соды Na₂CO₃/ скачивают из колонны 7 циркуляционным насосом 10 и прокачивают через электролитический регенератор 9/ в котором происходит электролитическое разложение водного раствора Na₂CO₃ в соответствии с уравнением Na₂CO₃+H₂O = 2NaOH +CO₂ Диоксид углерода отводят из газового объема регенератора 9 по трубопроводу 13 на утилизацию и часть его компрессором 16 нагнетают через нагреватель 11 и диспергаторы 12 в метантенки 1 и 2. Барботаж отходов диоксидом углерода/ имеющим температуру 27-60°С/ которую он приобретает в нагревателе 11/ эффективно их перемешивает/ удовлетворяет пищевые потребности микроорганизмов и тем самым способствует увеличению выхода метана/ повышение производительности процесса переработки. Вентилями 15 распределяют потоки диоксида углерода/ По трубопроводу 11 отводят метан на утилизацию.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ, включающий их двустадийное кислотное и щелочное анаэробное сбраживание с образованием биогаза при барботаже газом отходов на щелочной стадии сбраживания, отличающийся тем, что барботаж производят извлеченным из биогаза диоксидом углерода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру диоксида углерода выбирают 27 - 60^oС.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что отходы барботируют диоксидом углерода, извлеченным из биогаза, и на кислотной стадии сбраживания.

РИСУНКИ

Рисунок 1