Способ увеличения выхода биогаза в процессе сбраживания органосодержащих отходов


 


Владельцы патента RU 2458868:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)

Изобретение относится к методам переработки отходов, в частности к методам получения биогаза из органосодержащих отходов. Способ включает внесение в сбраживаемые органосодержащие отходы комплексной стимулирующей добавки, содержащей измельченную фитомассу амаранта багряного и аэробно стабилизированный активный ил в соотношении 1:1, из расчета 2-3% мас., с последующей обработкой полученной смеси ультразвуком с частотой 22 кГц и интенсивностью 6-8 Вт/см, при длительности обработки 4-8 мин. Способ позволяет значительно ускорить процессы метаногенного брожения, снизить температуру начала прохождения химических реакций, а также значительно повысить выход биогаза. 2 табл., 2 пр.

 

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

Известны способы увеличения выхода биогаза, предусматривающие повышение активности метанового сбраживания органического субстрата, за счет внесения стимуляторов, в качестве которых используют комплексные соединения ацетата никеля с этилендиамином или никеля с глицином (см, например, патент РФ №1838415, С12Р 5/02, C02F 11/04, опубл. в 1993 г.), а также стимуляторов растительного происхождения, в частности измельченной фитомассы амаранта багряного (см., например, патент РФ №2351552, C02F 11/04, опубл. 10.04.2009, бюл. №10).

Общим недостатком известных способов является малый выход целевых продуктов за счет низкой эффективности технологического процесса. Использование в качестве добавки соединений ацетата никеля с этилендиамином или никеля с глицином может оказать влияние на чистоту выхода биогаза.

Наиболее близким по технической сущности является способ увеличения выхода биогаза в процессе сбраживания органосодержащих отходов путем физического воздействия (высоковольтный электрический разряд) на водный органосодержащий субстрат (см., например, патент РФ №2302378, C02F 11/04, C02F 3/30, опубл. 10.07.2007, бюл. №19). Способ позволяет значительно ускорить процесс анаэробного сбраживания и повысить выход биогаза.

Недостатками прототипа являются многостадийность, сложность и дороговизна аппаратурного оформления, высокая энергоемкость процесса, обусловленная повышенными затратами электроэнергии на осуществление процесса активации метаногенного брожения. Кроме того, неизбежная ограниченность числа электродов приводит к тому, что обработке подвергается не весь водный субстрат, а только часть, прилегающая к каналу прохождения разряда, что снижает эффект обработки.

Задача изобретения состоит в разработке более эффективного, простого и менее затратного способа, позволяющего производить процесс активации метаногенного брожения во всем объеме загружаемого субстрата.

Поставленная задача решается тем, что в способе увеличения выхода биогаза в процессе сбраживания органосодержащих отходов путем физического воздействия на водный органосодержащий субстрат, согласно изобретению в качестве физического воздействия используют ультразвук с частотой 22 кГц, интенсивностью 6-8 Вт/см2, время обработки составляет 4-8 мин. Дополнительно в водный органосодержащий субстрат вводят комплексную стимулирующую добавку, включающую измельченную фитомассу амаранта багряного и аэробно стабилизированный активный ил в соотношении 1:1, из расчета 2-3% мас.

Ультразвук оказывает на биологические системы механическое, физическое и химическое воздействие [Хмелев В.Н., Сливин А.Н. и др. Применение ультразвука в промышленности. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. - 203 с.]. Механическое действие ультразвука приводит к размельчению и диспергированию частиц, а также усилению диффузии растворителей в биологических тканях.

Физико-химическое воздействие ультразвука проявляется в усилении проницаемости клеточных мембран, изменении концентрации водородных ионов в тканях, расщеплении высокомолекулярных соединений, ионизации молекул воды, приводящей к высвобождению высокоактивных радикалов, а также активизации обменных процессов внутри клеток.

Амарант багряный - широко распространенная, однолетняя культура из семейства амарантовых. Фитомасса амаранта является источником биологически активных веществ и природных соединений [В.И.Карбанович, Е.А.Цед. Исследования возможности использования водной вытяжки амаранта для интенсификации биохимических процессов // Пищевая промышленность: наука и технологии. - 2010. - №1, с.51-54]: витаминов группы Е, Р, В, природных стиролов, сквалена, рутина, кверцетина, тиамина, рибофлавина, ниацина, хлорофилла, а также минеральных составляющих: кальция, железа, фосфора, магния, цинка, меди, натрия, калия, незаменимых жирных кислот, алкалоидов, пектинов, флавоноидов, пигментов и диуретических активных структур.

Аэробно стабилизированный активный ил представляет собой микробную суспензию, обладающую высокой деструктивной активностью в отношении многих сложных (включая трудно окисляемые) органических соединений, за счет наличия в иле широкого спектра ферментных систем, в том числе из групп оксиредуктаз: каталаз, дегидрогеназ, цитохромов и др. [Инженерное оборудование зданий и сооружений. Энциклопедия. Под ред. С.В.Яковлев, Богословский В.Н., Гладков В.А. и др. - Изд-во: Стройиздат, 1994. - 512 с.].

Установлено, что внесение в водный органосодержащий субстрат комплексной добавки, включающей аэробно стабилизированный активный ил и амарант, с последующей обработкой полученной смеси ультразвуком позволяет значительно ускорить процессы метаногенного брожения, снизить температуру начала прохождения химических реакций, а также значительно повысить выход биогаза.

Пример 1. Для проведения опыта готовились модельные образцы водных органосодержащих субстратов, с различным исходным содержанием биоразлагаемой органической части, % мас. по абсолютно сухому веществу: 25, 50, 75 и 100. Полученные образцы обрабатывали в соответствии с рекомендациями, описанными в заявляемом способе (частота 22 кГц, интенсивность 7 Вт/см2, время обработки 6 мин), прототипе и аналогах. Культивирование образцов проводили в анаэробных условиях, в термостате при 40°С, в течение 20 суток. Эффективность процесса метаногенного брожения оценивали по увеличению выхода биогаза в сравнении с контролем. В качестве контроля использовали водный органосодержащий субстрат без предварительной обработки. Результаты обобщены в табл.1

Как видно из табл.1, обработка ультразвуком с предварительным внесением добавки, включающей амарант багряный и аэробно стабилизированный активный ил, позволяет увеличить выход биогаза в сравнении с контролем и другими видами обработок. При этом увеличение выхода биогаза для субстратов, предварительно обработанных в соответствии с заявляемым способом и содержащих 25, 50, 75 и 100% мас. биоразлагаемой органики, составило - 8,3; 17,2; 22,4 и 30,2% соответственно.

Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. Предварительно в модельные образцы вносили комплексную стимулирующую добавку, включающую измельченную фитомассу амаранта багряного и стабилизированный активный ил. Полученные смеси обрабатывали ультразвуком с частотой 22 кГц и интенсивностью 5-9 Вт/см2. Время обработки составляло 3-9 мин. Эффективность процесса метаногенного брожения оценивали по увеличению выхода биогаза в сравнении с контролем.

Результаты представлены в табл.2.

Табл.2
Влияние условий ультразвуковой обработки модельных образцов на выход биогаза
Условия обработки Увеличение выхода биогаза, %
Содержание органической части, % мас.
Интенсивность, Вт/см2 Время обработки, мин 25 50 75 100
5 3 7,97 13,76 17,93 24,16
4 8,01 14,94 19,47 26,22
6 8,07 16,72 21,79 29,36
8 8,03 14,98 19,52 26,29
9 7,98 13,78 17,96 24,19
6 3 8,09 13,97 18,20 24,52
4 8,13 15,16 19,76 26,62
6 8,19 16,97 22,12 29,79
8 8,15 15,20 19,81 26,68
9 8,10 13,99 18,23 24,56
7 3 8,21 14,18 18,47 24,89
4 8,25 15,39 20,05 27,01
6 8,31 17,22 22,44 30,20
8 8,27 15,42 20,10 27,08
9 8,22 14,19 18,50 24,92
8 3 8,14 14,06 18,31 24,68
4 8,18 15,26 19,88 26,78
6 8,24 17,07 22,25 29,95
8 8,20 15,29 19,93 26,85
9 8,15 14,07 18,34 24,71
9 3 7,98 13,78 17,95 24,19
4 8,02 14,96 19,49 26,26
6 8,08 16,74 21,82 29,36
8 8,04 14,99 19,54 26,33
9 7,99 13,79 17,98 24,22

Как видно из табл.2, наибольшее увеличение выхода биогаза наблюдается при интенсивности ультразвукового воздействия 6-8 Вт/см2, оптимальное время обработки 4-8 мин.

Таким образом, внесение комплексной стимулирующей добавки, включающей измельченную фитомассу амаранта багряного и стабилизированный активный ил в соотношении 1:1, из расчета 2-3% мас., с последующей обработкой полученной смеси ультразвуком с частотой 22 кГц и интенсивностью 6-8 Вт/см2, при длительности обработки 4-8 мин позволяет значительно повысить выход биогаза при сбраживапии органосодержащих отходов.

Способ увеличения выхода биогаза в процессе сбраживания органосодержащих отходов путем физического воздействия на водный органосодержащий субстрат, отличающийся тем, что в качестве физического воздействия используют ультразвук с частотой 22 кГц, интенсивностью 6-8 Вт/см2, время обработки составляет 4-8 мин; при этом предварительно перед обработкой ультразвуком в водный органосодержащий субстрат вводят комплексную стимулирующую добавку, включающую измельченную фитомассу амаранта багряного и аэробно стабилизированный активный ил в соотношении 1:1, из расчета 2-3 мас.%.



 

Похожие патенты:

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 автономным источникам энергии, работающим на возобновляемых видах топлива. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и жилищно-коммунальному хозяйству. .

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 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 может быть использовано в сельском хозяйстве в составе животноводческих и растениеводческих комплексов, жилищно-коммунальном хозяйстве (городских и поселковых сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод), перерабатывающих производствах. Устройство содержит последовательно связанные друг с другом по потоку органического вещества первый механический сгуститель, аэробный биореактор, вход которого связан с осадочной частью первого механического сгустителя, анаэробный биореактор и второй механический сгуститель. Устройство содержит механический смеситель для приготовления органических удобрений. Анаэробный биореактор выполнен в виде анаэробного биофильтра, второй механический сгуститель размещен между аэробным и анаэробным биореакторами, причем его осадочная часть связана с механическим смесителем, а надосадочные части первого и второго механических сгустителей связаны со входом анаэробного биофильтра. Устройство содержит первый генератор электрической энергии с приводом от двигателя внутреннего сгорания, оснащенным парогенерирующим утилизационным блоком, второй генератор электрической энергии с приводом от паропоршневой машины, теплонасосную установку и теплофикационный блок, причем выход анаэробного биореактора по жидкому потоку связан с основным испарителем теплонасосной установки, выход по биогазу - с двигателем внутреннего сгорания, а конденсатор теплонасосной установки, парогенерирующий утилизационный блок, паропоршневая машина и теплофикационный блок связаны друг с другом посредством пароконденсатного контура с образованием замкнутого термодинамического цикла. Техническим результатом изобретения является повышение глубины переработки органического вещества исходного субстрата в сочетании с более полным использованием биоэнергетического потенциала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам переработки различных видов твердых субстратов с содержанием органического биоразлагаемого вещества не менее 20% от общей массы отходов. Изобретение может применяться в качестве самостоятельного технологического процесса или в составе комплексных технологических линий. Исходный субстрат помещают в метантенк с возможностью постепенного перемещения внутри перфорированной трубы через жидкостную анаэробную зону метантенка с последующей переработкой растворимого, тонко- и среднедисперсного органического вещества субстратов в газообразный энергоноситель и механически обезвоженную твердую фракцию, которую подвергают термохимической газификации с получением синтез-газа и твердого остатка. Жидкую фракцию после обработки в анаэробном биореакторе с прикрепленной микрофлорой возвращают в метантенк, а твердую фракцию эффлюента метантенка используют для приготовления удобрений. Механически обезвоженную твердую фракцию перед термохимической газификацией подсушивают с использованием продуктов сгорания синтез-газа. Технический результат - повышение интенсивности процесса метаногенеза, улучшение массогабаритных показателей установки, газификация невымываемой негидролизуемой части отходов и полезное использование органического вещества эффлюента, обогащенного азотом в подвижной форме. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки фракции навозного стока и сточной воды ЖКХ с использованием метанового брожения, осуществляемого биоценозом анаэробных бактерий. Осуществляют кавитационную обработку жидкой фракции навоза или сточной воды. Отдельно приготавливают структурированную и биологически активную воду с последующим разбавлением ее в анаэробном биореакторе в 10-30 раз кавитационно обработанной жидкой фракцией навоза или сточной водой. Приготавливают раствор биологически активных веществ (БАВ). Заполняют биореактор раствором БАВ в объеме 0,1% от общего объема сбраживаемой среды. Вносят посевной материал в количестве 30% от объема сбраживаемой среды для осуществления метанового брожения, ведут метановое брожение в мезофильном режиме. Осуществляют сушку выработанного биогаза. Получают возвратную технологическую воду путем фильтрации сбраживаемой жидкости через первый биологический фильтр. Направляют первый биологический фильтр с осевшими твердыми частицами в шламосборник для освобождения от осадка. Затем направляют просочившуюся через первый биологический фильтр технологическую воду на рециркуляцию обратно в биореактор или на последующую фильтрацию через второй фильтр для получения физиологически полноценной питьевой воды. Изобретение позволяет усилить интенсивность процесса брожения, увеличить глубину брожения сбраживаемого субстрата с увеличением выхода биогаза с содержанием метана более 75%, ускорить формирование биоценоза анаэробных бактерий, уменьшить ХПК на 78% от исходной величины, получить оборотное водоснабжение с возможностью получения физиологически полноценной питьевой воды. 4 пр.
Наверх