Способ утилизации органических отходов

Изобретение относится к сельскому хозяйству и жилищно-коммунальному хозяйству. Способ утилизации осуществляется посредством биологической газификации с получением биогаза в сочетании с термохимической газификацией сгущенной и высушенной фракции отходов с получением генераторного газа и промывных вод. Исходные органические отходы подвергают термофильной аэробной обработке в диапазоне температур 50-60°С и разделению на фракции. Биологической газификации в анаэробном биофильтре подвергают жидкую фракцию вместе с промывными водами и конденсатом. После газификации жидкую фракцию, промывные воды и вторичный конденсат охлаждают с термодинамическим преобразованием низкопотенциальной тепловой энергии в высокопотенциальную энергию перегретого пара с последующим получением электроэнергии с использованием в качестве приводов генератора паропоршневой машины и двигателя внутреннего сгорания на биогазе и генераторном газе. Перегрев пара осуществляется в утилизационном теплообменнике двигателя внутреннего сгорания. Мятый пар из паропоршневой машины используется в аккумуляторном водонагревателе для получения теплоносителя для аэробной обработки исходных отходов и внешних потребителей. Заявленное изобретение позволяет утилизировать низкосортные органические отходы, переработка которых в удобрения или товарные продукты нецелесообразна. 1 ил.

 

Изобретение относится к любым областям деятельности человека, в которых образуются органические отходы, не представляющие ценности как объекты переработки во вторичные продукты, например удобрения. Такими областями, в основном, являются сельское хозяйство (полужидкий и жидкий бесподстилочный навоз в условиях эпизоотий или резкого ухудшения экологической ситуации при недостатках посевных площадей для агротехнической утилизации навоза) и жилищно-коммунальное хозяйство (осадки и илы городских очистных сооружений, низкосортные органические компоненты твердых бытовых отходов).

Одним из наиболее распространенных способов утилизации органических отходов с указанными параметрами является анаэробное метановое сбраживание с использованием специализированного консорциума микроорганизмов (Л.И.Гюнетр, Л.Л.Гольдфарб «Метантенки», М.: «Стройиздат», 1991, с.8). На выходе технологического процесса образуются обеззараженное стабилизированное (минерализованное) вещество и газообразный энергоноситель - биогаз, состоящий в основном из метана (до 70%) и диоксида углерода (до 30%). Основными недостатками данного способа являются высокая удельная стоимость основных сооружений (метантенков) и необходимость в расходовании значительной части биогаза на собственные нужды, в первую очередь нагрев исходных субстратов до рабочей температуры процесса. В силу указанных причин, данный способ на практике используют в основном в жилищно-коммунальном хозяйстве для обеззараживания и стабилизации осадков, илов полномасштабных процессов биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с последующим депонированием обработанных осадков, илов на специальных площадках, а также для получения высококачественных обеззараженных органических удобрений на основе жидкого и полужидкого бесподстилочного навоза в регионах с положительной среднегодовой температурой.

В известной степени указанные недостатки устраняются в способе, описанном в кн. «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» под ред. ил.-корр. РАН Гриценко А.И., М.: ВНИИ ПГиГТ, 1996, с.183, согласно которому исходная органическая масса подвергается нагреву за счет выделения биологической теплоты в процессе жизнедеятельности аэробного термофильного консорциума микроорганизмов. Процесс реализуется в условиях аэрации исходной органической массы специальным перемешивающе-аэрирующим устройством с приводом от двигателя внутреннего сгорания, работающего на биогазе. Биогаз вырабатывается в процессе жизнедеятельности анаэробного консорциума микроорганизмов, источником питания и энергии которых является аэробно обработанный субстрат. Данный технологический процесс позволяет существенно (до 80-90%) повысить выход товарной энергии, в среднем в 1,5-2 раза в сравнении с одностадийным анаэробным метановым сбраживанием.

Недостаток способа заключается в высокой удельной стоимости основных сооружений, в первую очередь метантенков, что делает данный способ окупаемым при агротехническом целевом назначении (получении стабилизированных обеззараженных удобрений).

Наиболее близким по технической сущности является способ утилизации органических отходов, включающий в себя последовательно реализуемые процессы анаэробного метанового сбраживания с получением биогаза и термохимической газификации сухого остатка с получением генераторного газа («Использование альтернативных энергетических источников в развитых капиталистических странах» под ред. Проф. Михайлова А.И., М.: ВИНИТИ, 1983, с.22-23). Достигаемая при реализации способа энергетическая эффективность (термический коэффициент полезного действия) составляет 82%. Основное целевое назначение данного способа утилизации органических отходов - получение товарной энергии при отсутствии целесообразности или необходимости в использовании органического вещества отходов в нативных процессах (восстановление плодородия почв) или получении на его основе ценных продуктов.

Основными недостатками данного способа являются высокие капитальные затраты на сооружение (изготовление) метантенков, а также снижение энергетической эффективности процесса из-за не использования энергетического потенциала жидкой фракции и испаряемой влаги (конденсата) анаэробно обработанных отходов при их обезвоживании перед термохимической обработкой (утилизацией).

Задачей данного предлагаемого изобретения является утилизация низкосортных органических отходов, переработки которых в удобрения или товарные продукты нецелесообразна.

В результате применения предлагаемого изобретения получают золу, объем которой не превышает нескольких процентов от объема исходных отходов и которая может быть депонирована на специализированных полигонах или хранилищах без дополнительной обработки, угрозы окружающей среды и людям.

Возможно использование золы в различных строительных смесях в качестве инертного наполнителя.

Дополнительно получают электрическую и тепловую энергию, основная часть которой является товарной.

Технический результат достигается тем, что в качестве исходных органических отходов используют нетоксичные для аэробной микрофлоры субстраты влажностью 90-97% и зольностью не более 40%. Утилизация осуществляется посредством биологической газификации с получением биогаза в сочетании с термохимической газификацией сгущенной и высушенной фракции отходов с получением генераторного газа и промывных вод. Исходные органические отходы подвергают термофильной аэробной обработке в диапазоне температур 50-60°С и разделению на фракции. Биологической газификации в анаэробном биофильтре подвергают жидкую фракцию вместе с промывными водами и конденсатом. После газификации жидкую фракцию, промывные воды и вторичный конденсат охлаждают с термодинамическим преобразованием низкопотенциальной тепловой энергии в высокопотенциальную энергию перегретого пара с последующим получением электроэнергии с использованием в качестве приводов генератора паропоршневой машины и двигателя внутреннего сгорания на биогазе и генераторном газе (цикла Отто). Перегрев пара осуществляется в утилизационном теплообменнике двигателя внутреннего сгорания. Мятый пар из паропоршневой машины (пароконденсатного цикла) используется в аккумуляторном водонагревателе для получения теплоносителя для аэробной обработки исходных отходов и внешних потребителей.

Утилизации, согласно предлагаемому способу, могут подвергаться органические отходы, удовлетворяющие следующим основным требованиям: относительная влажность 90-97%, зольность 40%, концентрация токсичных компонентов (металлов, нефтепродуктов, СПАВ и др.) в пределах ПДК для биологической обработки.

Так как согласно предлагаемому способу анаэробной обработке подвергаются жидкая фракция (фугат), конденсат, образующийся в процессе контактной сушки сгущенной фракции, и промывные воды процесса термохимической газификации с влажностью не ниже 97% и высоким содержанием растворенных летучих тонкодисперсных взвешенных органических веществ, в также в силу применения иммобилизированной (прикрепленной) микрофлоры в анаэробном биореакторе (биофильтре), результатом такого технического решения является существенное увеличение удельной нагрузки на анаэробную биомассу и рабочий объем биореактора (биофильтра) и, как следствие, сокращение гидравлического времени пребывания жидкости в аппарате в сочетании с повышением удельного выхода биогаза и улучшением его качества (увеличением концентрации метана). В конечном счете снижаются удельные капитальные затраты и увеличивается выход товарной энергии.

Органическое вещество сгущенной (сухой) фракции, не прошедшее на соответствующих этапах обработки в фугат (конденсат, промывные воды), подвергается термохимической переработке в генераторный газ. Таким образом, утилизация органических отходов осуществляется с высокой степенью трансформации органического вещества в энергию и с относительно малыми затратами.

Применение термофильной анаэробной обработки исходных органических отходов позволяет добиться следующих положительных эффектов: частичного гидролиза и увеличения щелочности органического вещества, что способствует повышению интенсивности последующей анаэробной обработки (газификации), экономии энергии на нагревание исходных отходов до рабочей температуры мезофильного (33°С) или термофильного (53°С) анаэробного процесса. Экономия энергии достигается путем использования биологической теплоты, выделяемой в условиях интенсивного перемешивания и аэрации исходных отходов, при этом на данные процессы расходуется не более 30% сэкономленной энергии.

Применение термодинамического преобразования низкопотенциальной тепловой энергии анаэробно обработанного жидкого потока в относительно высокопотенциальную энергию водяного пара осуществляется в режиме теплового насоса с коэффициентом преобразования

где QЭП - энергия полученного водяного пара;

NЭП - электрическая энергия, потребляемая приводом теплового насоса.

Таким образом, биологическая и механическая энергия, вырабатываемая и поглощаемая биомассой на стадии аэробной обработки, соответственно, после анаэробной обработки не теряется и после термодинамического преобразования используется для выработки «высококачественного» вида энергии - электроэнергии. Применение паропоршневой машины объясняется ее высоким термическим кпд (до 45% в простом цикле), достигаемым в том числе на установках малой и средней производительности.

Перегрев пара осуществляется в утилизационном теплообменнике с использованием в качестве высокотемпературного теплоносителя продуктов сгорания полученных газов, источником которых является двигатель внутреннего сгорания - привод второго электрогенератора. Тепловая энергия «мятого» пара из паропоршневой машины в количестве не менее 25% от вырабатываемой электроэнергии используется для нужд внутреннего и внешнего теплоснабжения.

Дополнительно к электрической и тепловой энергии вырабатывается техническая вода в количестве не менее 98% от исходных отходов.

Структурная схема реализации способа представлена на фигуре и включает в свой состав: аэробный биореактор 1 для подготовки исходных отходов, устройство для механического разделения 2 подготовленных отходов на жидкую и сгущенную фракции, анаэробный биореактор (биофильтр) 3 для биологической газификации жидкой фракции отходов, контактную сушилку 4 для теплового обезвоживания сгущенной фракции с конденсатором 5 вторичных паров, газогенератор 6 для термохимической переработки сухих отходов в генераторный газ и золу со скруббером 7 для охлаждения и очистки генераторного газа. Теплоэнергетический блок состоит из испарителя-охладителя 8, конденсатора-парогенератора 9 и компрессора 10, составляющих вместе с конденсатором 5 единый термодинамический контур теплового насоса; газовой электрогенерирующей установки, включающей в свой состав электрический генератор и двигатель внутреннего сгорания и снабженной дополнительно утилизационным теплообменником 12 для получения перегретого пара; паровой электрогенерирующей установки 13, включающей в свой состав электрический генератор и паропоршневую машину; аккумуляционный водонагреватель 14 для получения теплоносителя в виде горячей воды с температурой не менее 80°С и конденсата для повторного использования в пароконденсатном цикле. Предусматриваются также газохранилище 15 и сооружения доочистки 16 анаэробно обработанного и охлажденного жидкого потока.

Способ утилизации органических отходов осуществляют следующим образом. Исходные органические отходы (осадки и илы городских сооружений биологической очистки с повышенным содержанием тяжелых металлов, полужидкий или жидкий навоз с ферм в условиях эпизоотии и (или) при чрезмерной нагрузке на земледельческие поля и неблагоприятной экологической ситуации; другие виды опасных или малоценных органических отходов) поступают в аэробный биореактор 1, который обогревается горячей водой из аккумуляционного водонагревателя 14. После предварительного нагрева исходная порция в условиях интенсивного перемешивания и аэрации подвергается обработке аэробным консорциумом микроорганизмов с получением нагретого до необходимого уровня субстрата (подготовленных органических отходов). Далее субстрат в устройстве для механического разделения (центрифуге, прессе) разделяется на жидкую и сгущенную фракции. Жидкая фракция (фугат) направляется в анаэробный биореактор (биофильтр) 3, в котором в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов осуществляется конверсия основной массы растворенных и взвешенных тонкодисперсных органических веществ в биогаз (до 70% метана) и стабилизированную жидкость (субстрат). Биогаз накапливается в газохранилище 15. Эффлюент поступает в испаритель 8 теплового насоса, охлаждается до температуры 25-27°С и далее подается на сооружения доочистки 16. После доочистки и обеззараживания вода технической кондиции подается на повторное использование или на дальнейшую (глубокую) очистку и сбрасывается в водоем. Под действием теплоты эффлюента летучий хладагент, циркулирующий в контуре теплового насоса, испаряется, отсасывается из испарителя 8 компрессором 10 и подается в конденсатор-парогенератор 9. При конденсации хладагента скрытая теплота конденсации передается конденсату (воде), циркулирующему в рабочем пространстве конденсатора-парогенератора 9 с образованием насыщенного водяного пара. Сконденсированный (жидкий) хладагент поступает в испаритель 8, и цикл повторяется. Насыщенный пар поступает далее в утилизационный теплообменник 12 для перегрева путем нагрева продуктами сгорания газов с температурой до 600°С и далее в паровую электрогенерирующую установку 13. «Мятый» пар из паровой электрогенерирующей установки 13 подается далее в аккумуляционный водонагреватель 14 и конденсируется. Конденсат используется затем (после переохлаждения) для охлаждения двигателя внутреннего сгорания газовой электрогенерирующей установки 11 и после нагрева подается в конденсатор-парогенератор 9. Далее пароконденсатный цикл повторяется.

Сгущенная фракция субстрата из устройства для механического разделения 2 подается в контактную сушилку 4, работающую под вакуумом в условиях непосредственного теплообмена между греющей рубашкой сушилки 4 и сгущенным субстратом. Образовавшиеся при этом вторичные водяные пары поступают в конденсатор 5, конденсируются под действием кипящего в трубном пространстве хладагенте. Конденсат направляется в анаэробный биореактор 3 (биофильтр); пары хладагента отсасываются компрессором 10 теплового насоса, их скрытая теплота используется для генерации водяного насыщенного пара в конденсаторе-парогенераторе 9. Сухой субстрат из контактной сушилки 4 подается далее в газогенератор 6 и перерабатывается посредством ряда термохимических реакций в золу и генераторный газ, который направляется в газохранилище 15 после очистки и охлаждения в скруббере 7. Образовавшиеся промывные воды направляются в анаэробный биореактор 3 (биофильтр) и после доочистки в сооружениях 16 используются повторно. Биогаз и генераторный газ из газохранилища направляются в газовый двигатель газовой электрогенерирующей установки 11 для выработки электроэнергии.

Способ утилизации органических отходов влажностью 90-97% и зольностью не более 40% посредством биологической газификации с получением биогаза и термической газификацией сгущенной и высушенной фракции отходов с получением генераторного газа и промывных вод, отличающийся тем, что исходные органические отходы подвергают термофильной аэробной обработке в диапазоне температур 50-60°С, биологической газификации с получением биогаза подвергают жидкую фракцию вместе с промывными водами и конденсатом процесса сушки с последующим охлаждением и термодинамическим преобразованием низкопотенциальной тепловой энергии в высокопотенциальную энергию перегретого пара с последующим получением электроэнергии с использованием паропоршневой машины (пароконденсатного цикла) и двигателя внутреннего сгорания на биогазе и генераторном газе (цикла Отто), при этом перегрев пара осуществляют в утилизационном теплообменнике двигателя внутреннего сгорания, а отработанный пар из паропоршневой машины используют в аккумуляционном водонагревателе для получения теплоносителя для аэробной обработке исходных отходов и внешних потребителей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства биогаза. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для производства биогаза из естественных отходов животноводства и птицеводства малых и средних фермерских предприятий.

Изобретение относится к техническим средствам для обезвреживания и утилизации высококонцентрированных органических отходов (осадков, илов), возникающих при биологической очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод.

Изобретение относится к анаэробному сбраживанию органической массы, например растительных и хозяйственных отходов, навоза, сточных вод, с получением экологически чистого органического удобрения и выработкой биогаза и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, химической промышленности, энергетике, сельском хозяйстве.
Изобретение относится к области переработки жидкого сырья с использованием биотехнологических процессов, а именно к области утилизации смыва отходов жизнедеятельности животных и птиц с получением в качестве одного из целевых продуктов биогаза, и может быть использовано в животноводческих фермах и птицеводческих хозяйствах, использующих, предпочтительно, бесподстилочное содержание и гидросмыв отходов жизнедеятельности животных и птиц.

Изобретение относится к области природоохранной техники с преимущественным использованием в сельском хозяйстве. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессе очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок для защиты озонового щита и снижения парникового эффекта окружающей атмосферы.

Изобретение относится к области очистки стоков и утилизации твердых углерод-азотосодержащих отходов с выработкой биометана для бытовых нужд в индивидуальных домах, удаленных от централизованных сетей тепло- и электроснабжения.

Изобретение относится к канализации и может быть использовано для эффективного получения биогаза из отходов очистных сооружений - осадочного ила. .

Изобретение относится к переработке отходов и предназначено для последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных разжиженных органических отходов, навоза и помета с выработкой из них органических удобрений и горючего биогаза.

Изобретение относится к автономным источникам энергии, работающим на возобновляемых видах топлива

Метантенк // 2456247
Изобретение относится к области природоохранной и энергогенерирующей техники и предназначено для переработки органических субстратов относительной влажностью 90-98%: бесподстилочного навоза, помета сельскохозяйственных животных, осадков и илов как отходов процессов механо-биологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод АПК

Изобретение относится к методам переработки отходов, в частности к методам получения биогаза из органосодержащих отходов

Изобретение относится к анаэробной конверсии отходов сельского хозяйства с получением биогаза и генерацией из него электрической и тепловой энергии, а также с получением ценного органического удобрения

Метантенк // 2462509
Изобретение относится к устройствам для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов и может быть использовано на животноводческих и птицеводческих фермах, сельских усадьбах и дачных участках

Изобретение относится к биологической очистке фекально-бытовых стоков

Изобретение относится к области утилизации биологических азот- и углеродсодержащих отходов сельскохозяйственных предприятий путем анаэробного сбраживания с выработкой высококачественного удобрения

Изобретение относится к способу очищения биогаза для извлечения метана, в котором компоненты, содержащиеся в биогазе, такие как диоксид углерода, соединения серы и аммиака, отделяются в ходе нескольких этапов процесса, и к соответствующей системе для осуществления способа. Способ осуществляют в три этапа очистки, на первом биогаз пропускают через очистную колонну (К1) в противоток подаваемой пресной воде, где диоксид углерода, сероводород, аммиак и другие органические водорастворимые вещества связываются в пресной воде, а метановый газ отбирают у головы очистной колонны (К1), на втором растворенный метан удаляют в первой испарительной колонне (К2), посредством добавления аэрирующего воздуха или аэрирующего воздуха и кислорода, и на третьем растворенный диоксид углерода удаляют во второй испарительной колонне (К3) посредством добавления аэрирующего воздуха, при этом отводят очищенный очистной раствор, подаваемый к очистной ступени (К1), и отработанный газ. Система содержит очистную колонну (К1), первую испарительную колонну (К2) и вторую испарительную колонну (К3), при этом очистная и испарительные колонны соединены последовательно, и основание второй испарительной колонны соединено с головой очистной колонны линией (04), несущей очистной раствор. Изобретение позволяет увеличить извлечение метана и снизить потребление энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение может быть использовано в животноводческих комплексах и индивидуальных и фермерских хозяйствах для переработки отходов органического, растительного и биологического происхождения в высокоэффективные органические удобрения, биогаз, тепловую и электрическую энергию. Блочно-модульная биогазовая установка включает приемную емкость 5, насосы 7, загрузочный 8 и выгрузочный 14 трубопроводы, метантенк 9, трубопровод отвода биогаза 10, компрессор 11, газгольдер 13 и газовый котел 18, расположенные непосредственно в животноводческом помещении 2, имеющие общую магистраль 20 для сбора биогаза и промежуточное хранилище эффлюента 16. При этом биогазовая установка разделена на модульные блоки, содержащие дополнительно устройство очистки биогаза от влаги 12 и имеющие общий блок управления 21. Количество модульных блоков определяется количеством животноводческих помещений 2 в хозяйстве. Изобретение позволяет обеспечить устойчивую работу при широком диапазоне изменения температур окружающей среды, снизить затраты на транспорт сырья, эксплуатацию и повысить эксплуатационную надежность, создав комфортные условия для обслуживающего персонала. 1 ил.

(57) Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов. Источниками таких субстратов могут быть предприятия агропромышленного комплекса - животноводческие и птицеводческие комплексы (бесподстилочный навоз, помет), перерабатывающие предприятия. Субстратами могут также выступать осадки локальных очистных сооружений, последрожжевая барда, избыточный активный ил, осадки городских очистных сооружений. Исходный субстрат подвергают предварительной аэробной обработке с получением гидролизованного и нагретого промежуточного субстрата и кислородосодержащих газообразных продуктов, промежуточный субстрат подвергают анаэробной обработке с получением биогаза и обработанного субстрата (эффлюента), причем эффлюент подвергают разделению на фракции. Жидкую фракцию подвергают дополнительной аэробной обработке, выделяющуюся при этом тепловую энергию используют для стабилизации температурного режима предварительной аэробной обработки, кислородосодержащие газообразные продукты вводят в аэрируемый объем жидкой фракции, а сгущенную фракцию используют для приготовления удобрений. Технический результат - повышение эффективности процесса аэробно-анаэробной обработки органических субстратов. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и жилищно-коммунальному хозяйству

Наверх