Способ получения растениеводческой продукции в культивационных сооружениях и метана с использованием биоэнергетического потенциала бесподстилочного навоза



Способ получения растениеводческой продукции в культивационных сооружениях и метана с использованием биоэнергетического потенциала бесподстилочного навоза
Способ получения растениеводческой продукции в культивационных сооружениях и метана с использованием биоэнергетического потенциала бесподстилочного навоза

 


Владельцы патента RU 2501207:

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) (RU)

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Согласно предложенному способу бесподстилочный навоз подвергают анаэробной переработке в метантенке с получением биошлама и биогаза. Биошлам разделяют на твердую и жидкую фракции, твердую фракцию подвергают термохимической переработке с получением зольного остатка и теплоносителя для обогрева культивационных сооружений и метантенка. Биогаз разделяют на диоксид углерода и метан, диоксид углерода используют для интенсификации процесса получения растениеводческой продукции. Бесподстилочный навоз подвергают предварительной аэробной обработке с распадом органического вещества не более 10-15%. Образовавшийся субстрат разделяют на твердую и жидкую фракции, анаэробной переработке подвергают жидкую фракцию субстрата, твердую фракцию субстрата подвергают дополнительной аэробной обработке с распадом органического вещества более 10-15%, после чего, по крайней мере частично, используют для приготовления почвогрунта. Образовавшийся при предварительной аэробной обработке кислород, содержащий газ, смешивают с воздухом, подаваемым на дополнительную аэробную обработку. Обогащенный диоксидом углерода газ со стадии дополнительной аэробной обработки смешивают с диоксидом углерода биогаза. При реализации способа обеспечивается полное использование биоэнергетического потенциала биошлама. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к выращиванию растениеводческой продукции в условиях защищенного грунта, преимущественно в теплицах, расположенных поблизости от животноводческих ферм - источников бесподстилочного навоза.

В более узком плане, предлагаемый способ ориентирован на реализацию в составе комплекса «теплица - животноводческая ферма» с использованием биоэнергетического потенциала бесподстилочного навоза, углекислого газа и других ресурсов, источником которых является животноводческая ферма.

Известны способы выращивания растениеводческой продукции в теплицах, совмещенных с биоэнергетическими объектами - метантенками, перерабатывающими отходы животноводства и растениеводства. При этом наиболее рациональным является подземное размещение метантенков; при этом часть энергии, подводимой к грунту теплицы в виде солнечной радиации и с теплоносителем, ассимилируется биомассой метантенка. Дополнительно устраняется опасность переохлаждения биомассы в случае экстремального похолодания.

В свою очередь биогаз, вырабатываемый в процессе анаэробной переработки отходов в метантенке, разделяется на метан, который может использоваться для обогрева теплицы путем прямого сжигания в теплогенераторах, и углекислый газ, используемый для интенсификации процесса фотосинтеза.

Биошлам (эффлюент) метантенка используется для приготовления почвогрунта, т.к. обладает значительным удобрительным потенциалом, не содержит семян сорных растений, возбудителей заболеваний растений, животных и человека, стабилен (Селиванов Н.П., Мелуа А.И. и др. «Энергоактивные здания», М.: Стройиздат, 1988, с.85,86; Васильев В.А., Филиппова Н.В. «Справочник по органическим удобрениям». М.: Росагропромиздат, 1988, с.103-105).

Основным недостатком аналогов является недостаточно полное использование биоэнергетического потенциала биошлама, так как на приготовление почвогрунта требуется лишь незначительная часть биошлама, и при отсутствии других крупных потребителей удобрений избыточный биошлам депонируется в накопителях, его биоэнергетический потенциал постепенно утрачивается, возникает вторичное загрязнение окружающей среды.

Другим существенным недостатком является потребность в значительном объеме общестроительных работ на сооружение метантенка.

Известен способ, в котором указанные недостатки по крайней мере частично устранены (Абаев Г.Н., Андреева Р.А. и др. «Энергоэффективность комплексной переработки органосодержащих отходов». Химическая промышленность, 2010, №6).

Согласно способу-прототипу, бесподстилочный навоз подвергается анаэробной переработке в размещенном под теплицей метантенке, биогаз подвергается разделению на метан и углекислый газ, причем последний направляется в шатер теплицы для подкормки растений. Эффлюент метантенка (биошлам) подвергается разделению на твердую и жидкую фракции, причем твердая фракция подвергается термохимической переработке с получением обезвреженного компактного остатка-золы и газов, газы используют для нагревания теплоносителя, направляемого затем для обогрева метантенка и теплицы.

Основными недостатками прототипа являются значительные капитальные затраты из-за использования метантенка для переработки всего объема исходного субстрата; недостаточно глубокое использование потенциала исходных отходов, включая растительные остатки, отработанный почвогрунт для получения необходимых для нормального функционирования теплицы ресурсов - энергии, диоксида углерода, почвогрунта..

Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков, и, как следствие, снижение удельных капитальных и эксплуатационных затрат.

В предлагаемом способе объем и издержки на обслуживание наиболее дорогостоящего сооружения - метантенка предлагается снизить за счет перевода анаэробного процесса в жидкофазный режим с проточной подачей исходного субстрата. С этой целью вводится стадия предварительного аэробного гидролиза исходных отходов с последующим разделением на фракции и переходом основной части биоразлагаемого органического вещества в жидкую фракцию. В данном технологическом решении используется метантенк горизонтального типа, который в наибольшей степени соответствует своему дополнительному назначению - служить несущей теплоаккумулирующей конструкцией по отношению теплице. Твердая фракция после дополнительной аэробной обработки используется для приготовления тепличного почвогрунта.

Диоксид углерода, выделяющийся на стадиях аэробной обработки, вместе с углекислотой биогаза полезно утилизируется в шатре теплицы.

Не утилизируемая в качестве почвогрунта часть твердой фракции подвергается термохимической газификации с получением генераторного газа. Дополнительно термохимической газификации подвергаются также использованный почвогрунт и растительные остатки из теплицы. Таким образом, дополнительно к метану вырабатывается еще один газообразный энергоноситель - генераторный газ, «энергетическими» составляющими которого в основном являются оксид углерода СО и водород. При теплотворной способности Q=3-12 МДж/м3 он может быть пригоден для использования в теплогенераторах - паровых и водогрейных котлах, совместной выработки электрической и тепловой энергии на мини-ТЭЦ (когенерации), синтеза моторного топлива и т.п.

Технический результат достигается тем, что бесподстилочный навоз подвергается анаэробной переработке в метантенке с получением биошлама и биогаза. Биошлам разделяют на твердую и жидкую фракции, твердую фракцию подвергают термохимической переработке с получением зольного остатка и теплоносителя для обогрева культивационных сооружений и метантенка. Биогаз разделяют на диоксид углерода и метан, диоксид углерода используется для интенсификации процесса получения растениеводческой продукции. Бесподстилочный навоз подвергают предварительной аэробной обработке с распадом органического вещества не более 10-15%. Образовавшийся субстрат разделяют на твердую и жидкую фракции, анаэробной переработке подвергают жидкую фракцию субстрата, твердую фракцию субстрата подвергают дополнительной аэробной обработке с распадом органического вещества более 10-15%, после чего по крайней мере частично используют для приготовления почвогрунта. Образовавшийся при предварительной аэробной обработке кислород содержащий газ смешивают с воздухом, подаваемым на дополнительную аэробную обработку. Обогащенный диоксидом углерода газ со стадии дополнительной аэробной обработки смешивают с диоксидом углерода биогаза. Использованный почвогрунт совместно с растительными отходами подвергают термохимической переработке.

Принципиальная технологическая схема способа получения растениеводческой продукции в культивационных сооружениях и метана с использованием биоэнергетического потенциала бесподстилочного навоза представлена на фигуре 1.

Согласно схемы, исходный бесподстилочный навоз поступает в накопитель 1, затем подается в аэробный биореактор предварительной обработки 2, в котором при распаде до 10-12% органического вещества исходного навоза происходит нагрев массы до температуры 50-60°С. Благодаря деятельности аэробных бактерий - гидролитиков, значительная часть (до 74% в пределе) органического вещества переходит в растворенную форму, и далее в узле механического разделения 3 в жидкую фракцию. Твердая фракция направляется в аэробный биореактор дополнительной обработки 4, сюда же подводятся кислородсодержащие газы со стадии предварительной аэробной обработки. Обогащенный СО2 газ из аэробного биореактора дополнительной обработки 4 вместе с СО2 биогаза направляется в шатер теплицы 5. Жидкая фракция направляется в анаэробный биореактор (метантенк) 6. Основная часть твердой фракции направляется в аппарат термохимической переработки 7. Образовавшаяся зола направляется на депонирование, а генераторный газ - в теплообменник смешения 8 (скруббер) для очистки и охлаждения. Нагретые промывные воды направляются в теплообменник поверхностного типа 9, сюда же подается эффлюент из метантенка 6. Нагретый в теплообменнике 9 теплоноситель (вода) поступает в регистры метантенка 10 и теплицы. 11, соответственно. Нагрев воды производится последовательно низкопотенциальным агентом (эффлюент) и промывными водами. Охлажденный в регистрах теплоноситель подается в скруббер 8 для промывки генераторного газа.

Некоторая часть твердой фракции после дополнительной обработки в аэробном биореакторе 4 направляется в качестве субстрата для приготовления почвогрунта 12.

Биогаз из метантенка 6 поступает в узел разделения биогаза 13, из которого диоксид углерода направляется в шатер теплицы 5, а товарный метан - потребителям. В случае необходимости, метан и генераторный газ могут быть по крайней мере частично использоваться во внутреннем энергетическом цикле комплекса «теплица - животноводческая ферма». По окончании вегетационного цикла, отработанный почвогрунт 12 и растительные остатки направляются для обезвреживания и в качестве дополнительного источника энергии в аппарат термохимической переработки 7.

Наиболее приемлемым по геометрическим (параллелепипед) и технологическим (высокая концентрация взвешенных веществ на входе) ограничениям типом заглубленного метантенка 6 является так называемый «перегородочный» биореактор, несложный в изготовлении и надежно функционирующий в рассматриваемых условиях (Калюжный С.В. с соавт., «Анаэробная биологическая очистка сточных вод»,сер. «Биотехнология, т.29, М.: ВИНИТИ, 1991»).

Конструктивная схема метантенка данного типа представлена на фигуре 2. Жидкая фракция поступает через загрузочное устройство 14, эффлюент выгружается через разгрузочное устройство 15. В рабочем пространстве метантенка 6 по ходу субстрата размещены полупогружные перегородки 16, формирующие траекторию движения обрабатываемого потока. Обработка ведется посредством взвешенной или сфлокулированной микрофлоры, за исключением секций 17 и 18, в которых могут быть предусмотрены соответствующие носители биомассы.

1. Способ получения растениеводческой продукции в культивационных сооружениях и метана с использованием биоэнергетического потенциала бесподстилочного навоза животноводческих ферм, согласно которому бесподстилочный навоз подвергается анаэробной переработке в метантенке с получением биошлама и биогаза, биошлам разделяют на твердую и жидкую фракции, твердую фракцию подвергают термохимической переработке с получением зольного остатка и теплоносителя для обогрева культивационных сооружений и метантенка, биогаз разделяют на диоксид углерода и метан, диоксид углерода используется для интенсификации процесса получения растениеводческой продукции, отличающийся тем, что бесподстилочный навоз подвергают предварительной аэробной обработке с распадом органического вещества не более 10-15%, образовавшийся субстрат разделяют на твердую и жидкую фракции, анаэробной переработке подвергают жидкую фракцию субстрата, твердую фракцию субстрата подвергают дополнительной аэробной обработке с распадом органического вещества более 10-15%, после чего по крайней мере частично используют для приготовления почвогрунта, образовавшийся при предварительной аэробной обработке кислород, содержащий газ, смешивают с воздухом, подаваемым на дополнительную аэробную обработку, обогащенный диоксидом углерода газ со стадии дополнительной аэробной обработки смешивают с диоксидом углерода биогаза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что использованный почвогруит совместно с растительными отходами подвергают термохимической переработке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к очистке воздушных выбросов животноводческих комплексов с получением зеленой биомассы, а также для удобрения почвы.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам выращивания растений в защищенном грунте, например в теплицах, на нейтральном субстрате с подкорневым питанием растений макро- и микроэлементами и подкормкой их углекислым газом.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к устройствам для выращивания растений в условиях теплиц, и предназначено для выращивания растений с пониженным содержанием изотопа углерода 14.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к подкормке растений в теплицах. .
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к производству овощей в защищенном грунте, теплицах с гидропонными установками. .

Изобретение относится к устройствам для выращивания растений в искусственных условиях и может быть использовано в сельском хозяйстве. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при производстве овощей, ягодной и грибной продукции. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к овощеводству защищенного грунта. .
Изобретение относится к области растениеводства, в частности к выращиванию растений в защищенном грунте. В способе осуществляют подкормку растений с ускоренным формированием растительных тканей, выращиваемых в защищенном грунте, путем полива водой, насыщенной углекислым газом до концентрации 50 мл газообразного CO2 на 1 л воды, при температуре воды в пределах 12-20˚C. При этом полив растений осуществляют три раза в сутки. Способ позволяет сократить сроки выращивания, повысить урожайность и использовать экологически безопасную подкормку.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к тепличному хозяйству, где используют углекислый газ для подкормки растений с целью увеличения урожайности. Способ включает отбор, транспортировку и дозацию углекислого газа. Отбор и одновременную транспортирову углекислого газа к вентилятору 2 утилизатора 1 котельной установки осуществляют в автоматическом режиме в зависимости от концентрации углекислого газа в каждой теплице. Концентрацию углекислого газа в теплице контролируют датчиком, установленным в ней. Постоянную дозацию углекислого газа в теплицу выполняют автоматически путем регулирования положения клапана 4 на входе в теплицу и изменения давления в системе трубопроводов посредством регулирования частоты вращения вентилятора по результатам измерения давления в системе трубопроводов. Способ позволит обеспечить возможность применения системы автоматического регулирования производства, транспортировки и дозации углекислого газа необходимой концентрации, работы источника теплоты на низких давлениях без применения сетевых насосов, а также подкормку растений очищенным от вредных примесей углекислым газом при различных способах выращивания растений, в том числе непосредственно на грунте. 2 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и касается оборудования для создания в тепличных комплексах для выращивания овощей и цветов оптимальной концентрации газообразной углекислоты в любое время года и суток. Устройство содержит технологический трубопровод с подключенными к нему резервуаром 3 для длительного хранения углекислоты (РДХУ), устройствами для газификации жидкой двуокиси углерода в виде воздушного испарителя 4 и системы жиклеров 6, редуктором и электропозиционером 9 для регулировки давления жидкой углекислоты. Устройство обеспечивает подачу газообразной углекислоты в теплицу посредством транспортировки жидкой углекислоты из РДХУ под давлением 18-22 бар через электропозиционер 9 и далее на устройство газификации в виде системы жиклеров 6, откуда газообразная углекислота поступает в теплицу, или посредством транспортировки газообразной углекислоты из РДХУ под давлением 10-18 бар через отключенный электропозиционер на понижающий редуктор 7 и далее под давлением 6-8 атм через отключенное устройство газификации в виде системы жиклеров в теплицу, или посредством транспортировки жидкой углекислоты из РДХУ под давлением 18-22 бар на устройство для газификации в виде воздушного испарителя 4, откуда газообразная углекислота через отключенный электропозиционер подается на понижающий редуктор 7 и далее под давлением 4-8 атм через отключенное устройство газификации в виде системы жиклеров поступает в теплицу. Такое выполнение обеспечит плавную корректировку концентрации газообразной углекислоты и доведения ее до оптимального для жизнедеятельности растений уровня, снижение энергозатрат и себестоимости сельхозпродукции. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Осуществляют обработку топочного газа от энергоустановки на биомассе для получения газа с объемной концентрацией диоксида углерода более 85%. Обработанный газ поступает в замкнутое пространство. Замкнутым пространством является теплица или парник. Обработка вредителей осуществляется по режиму I или режиму II или их комбинации. Режим I: непрерывная аэрация в период перелога. Режим II: непрерывная аэрация каждые 2-10 часов от 3 до 10 раз. Давление газа составляет 0,110-0,140 МПа, концентрация - 50-90%. Система содержит устройство обработки дыма, емкость для хранения обработанного дыма, блок управления, датчики контроля давления и концентрации диоксида углерода. Обеспечивается повышение эффективности и безопасности регулирования численности вредителей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх