Способ получения биогаза из экскрементов животных


 


Владельцы патента RU 2526993:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт" (RU)

Изобретение относится к переработке органических отходов с использованием биотехнологических процессов и получению биогаза. Способ получения биогаза из экскрементов животных включает предварительную обработку органического субстрата путем доведения его до влажности 90% с последующим измельчением субстрата до размера частиц от 0,5 до 0,7 см. Вводят органический катализатор и осуществляют сбраживание в анаэробной среде и сбор биогаза. В качестве органического катализатора используют отходы молочного производства в объеме от 5% до 10% от массы органического субстрата. Сбраживание в анаэробной среде осуществляют при температуре от 17°С до 22°С. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс метанового брожения навоза с увеличением выхода биогаза и повышенным содержанием метана в нем. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам переработки органических отходов с использованием биотехнологических процессов и получения при этом биогаза.

Биогаз - это дешевый и доступный способ получения энергии. В настоящее время разработано и применяется достаточно большое количество технологий получения биогаза, основанных на использовании различных вариантов температурного режима, влажности, концентрации микробной массы, длительности протекания реакции и т.д. Однако на сегодня актуальным остается вопрос поиска наиболее эффективных, дешевых и доступных способов интенсификации процесса получения биогаза при различных температурных режимах.

Известен способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления (патент RU 2073401, заявка №92009236, дата приоритета 01.12.1992 г., дата публикации 20.02.1997 г., кл. А01С 3/00, C02F 3/00). Сущность известного изобретения состоит в том, что анаэробное сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах метантенка, а перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в ментантек органических отходов.

Недостатком известного изобретения является то, что не используются условия, повышающие содержание метана в биогазе.

Известен способ получения биогаза из экскрементов животных (патент WO 2012/152266, заявка PCT/DE2012/100124, опубл. 15.11.2012 г., кл. С12Р 5/02). Указанное решение заявлено первоначально в Германии и в 116 странах мира и предполагает несколько стадий брожения для отделения метана. В качестве исходного субстрата используется жидкий навоз или куриный помет. Первый этап брожения происходит в течение от 1 до 4 дней с добавлением фермента, а затем раствора аммиака. После чего происходит отделение газа, содержащего около 50% СО2, H2S, NH3. Затем проводится повторная ферментации от 10 до 30 дней при температуре от 35°С и выше, определенной кислотности и после этого повторно отделяют биогаз, содержащий метан до 75%.

Недостатком известного решения является длительность процесса и сложность его применения, например, небольшими фермерскими хозяйствами. Кроме того, поддерживается достаточно высокий температурный режим реакции.

За прототип принят известный способ метанового сбраживания навозных стоков (патент RU 2413408, заявка №2009138011, дата приоритета 15.10.2009 г., дата публикации 10.03.2011 г., кл. А01С 3/00, C02F 11/04, C02F 3/34). Сущность способа заключается в том, что в жидкий субстрат вводят метаногенерирующие культуры при поддержании кислотности среды в диапазоне рН 6,5-7,8 и температуры до 37,5°С.

Недостатком этого способа являются затраты теплоэнергии на подогрев и поддержание реактора при температуре 37,5°С, что неприемлемо для регионов с холодным климатом.

Навоз содержит все необходимые для метанового сбраживания бактерии, следовательно, нет необходимости дополнительно вводить метаногенерирующие структуры, необходимо лишь обеспечить уже имеющимся бактериям оптимальные условия для их жизнедеятельности.

Техническим результатом настоящего изобретения является интенсификация процесса метанового брожения навоза с увеличением выхода биогаза и повышенным содержанием метана в нем.

Предлагается способ получения биогаза из экскрементов животных, включающий предварительную обработку органического субстрата путем доведения его до влажности 90% с последующим измельчением, введение органического катализатора, сбраживание в анаэробной среде, сбор биогаза.

Отличием является то, что субстрат измельчают до размера частиц от 0,5 до 0,7 см, а в качестве органического катализатора используют отходы молочного производства в объеме от 5% до 10% от массы органического субстрата и сбраживание в анаэробной среде осуществляют при температуре от 17°С до 22°С.

Другим отличием является то, что в качестве отходов молочного производства используют молочную сыворотку.

Термин «биогаз», используемый в формуле, относится к газу, получаемому в результате распада органического материала в отсутствии кислорода. Описываемый тип газа - биогаз включает в себя главным образом метан и двуокись углерода, в незначительных объемах сероводород.

Термин «органический субстрат» предполагает использование навоза, полученного в результате жизнедеятельности сельскохозяйственных животных и птицы.

Термин «анаэробное сбраживание» относится к описанию процесса разложения органического субстрата микроорганизмами, осуществляющими свою жизнедеятельность в безкислородной среде, с сопутствующим синтезом метана, двуокиси углерода и в небольших количествах сероводорода.

Термин «отходы молочного производства» предполагает использование любых остатков производства, содержащих отходы после обработки и переработки молочного сырья на производстве, включающие в себя отдельные органические и минеральные элементы молока, например сыворотку, пахту и др.

Отходы молочного производства в настоящее время используются частично. Например, молочная сыворотка в больших объемах утилизируется. При этом отходы молочного производства благодаря своему богатому химическому составу имеют все необходимые микроэлементы и витамины для создания благоприятной среды для метаногенерирующих бактерий. Каждый вид микроорганизмов анаэробного размножения отличается специфической потребностью в макровеществах, микроэлементах и витаминах. Концентрация и доступность этих компонентов влияют на скорость роста и активность жизнедеятельности популяций. Именно это свойство бактерий и было использовано в предлагаемом изобретении. Результатом жизнедеятельности этих бактерий является биогаз, содержащий метан. Следовательно, улучшая условия для жизнедеятельности метанообразущих бактерий можно достигнуть заявленного выше технического результата.

Для этого органический субстрат предварительно увлажняют до 90% и измельчают его до размера частиц от 0,5 до 0,7 см. Вводится молочная сыворотка в объеме от 5% до 10%, используемая в виде «подкормки» для бактерий. Создаются при этом оптимальные условия для процесса брожения. Брожение осуществляется строго в рамках заданного температурного режима от 17°С до 22°С.

Научные разработки подтверждены экспериментальными исследованиями, подтверждающими влияние существенных признаков заявляемой формулы изобретения на получение технического результата.

Исследования проводились в ФГБОУ «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт» на базе проблемной научно-исследовательской лаборатории АгроБиоТехнологий в лабораторных биогазовых установках объемом 20 л. В качестве органического субстрата использовался подстилочный навоз крупнорогатого скота. Для исключения влияния качества исходного субстрата на результат исследования, каждая партия навоза была сформирована при определенных режимах кормления стада.

Первоначально субстрат доводился до уровня влажности 90%. Затем его измельчали до размера частиц от 0,5 до 0,7 см. Как показали исследования, размер твердых частиц субстрата имеет принципиальное значение, влияющее на скорость выделения биогаза из навоза крупнорогатого скота при разных температурах. Размер частиц влияет на способность бактерий больше «поглощать», выделяя при этом больший объем биогаза. Указанный в формуле размер частиц является оптимальным для заданного температурного режима, что подтверждено исследованиями.

В процессе эксперимента добавляли молочную сыворотку в следующих объемах от массы загружаемого органического субстрата:

1%, 5%, 10% и 15%. На каждом этапе проводился отбор и анализ содержания проб полученного биогаза.

Влияние различных концентраций молочной сыворотки на выход биогаза при анаэробной обработке навоза крупно-рогатого скота показаны на фиг.1. Результат при использовании контрольного образца без добавления молочной сыворотки показан 1, образец с добавлением сыворотки в количестве 1% от массы органического субстрата 2, образец с добавлением сыворотки в количестве 5% 3, 10% сыворотки показано 4, 15% сыворотки показано 5.

Наиболее оптимальной концентрацией молочной сыворотки является внесение сыворотки в количестве от 5% до 10%. Для стабильности процесса, как показали исследования, необходимо уравновешенное соотношение питательных макровеществ и микроэлементов. При использовании указанной концентрации получен наибольший выход биогаза при относительно невысоких температурах брожения. Содержание метана в пробе выделяющегося биогаза составило 58%. Стабильный выход биогаза был получен уже на 7 день брожения. Аналогичные результаты известны при более высоких температурных режимах сбраживания органического субстрата.

Использование большего количества молочной сыворотки не улучшают показатели общего выхода биогаза, в том числе метана. Следовательно, увеличение концентрации молочной сыворотки нерентабельно.

Применение предлагаемого способа получения биогаза из экскрементов животных позволит получать дешевый источник энергии в условиях даже небольших фермерских хозяйств, без применения дорогостоящих катализаторов и ферментов. Одновременно получается органическое удобрение - эффлюент, экологически чистый, легкодоступный для растений.

1. Способ получения биогаза из экскрементов животных, включающий предварительную обработку органического субстрата путем доведения до влажности 90% с последующим измельчением, введение органического катализатора, сбраживание в анаэробной среде, сбор биогаза, отличающийся тем, что субстрат измельчают до размера частиц от 0,5 до 0,7 см, а в качестве органического катализатора используют отходы молочного производства в объеме от 5% до 10% от массы органического субстрата и сбраживание в анаэробной среде осуществляют при температуре от 17°С до 22°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отходов молочного производства используют молочную сыворотку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ микробиологической переработки птичьего помета включает укладку птичьего помета и внесение биодобавок в жидкой форме, осуществление биологического разогрева и анаэробной ферментации смеси, причем в качестве биодобавки используют эффлюент в количестве 3-8% от общей массы птичьего помета, в состав которого входят минеральные удобрения - N:P:K в количестве 0,1:0,16:0,18% соответственно и аборигенная микрофлора с плотностью по микроорганизмам 260×108 КОЕ/мл, при этом осуществляется сбор и отвод биогаза, образующегося в процессе разложения птичьего помета.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ приготовления жидкого органического удобрения включает получение жидкой фракции куриного помета, обеззараживание, обогащение его вытяжкой биогумуса, перемешивание, направление полученного жидкого органического удобрения через дозатор в емкость для хранения, причем готовую жидкую фракцию куриного помета, образовавшуюся после отстаивания в лагуне, прокачивают насосом через ультразвуковую установку для обезвреживания и уничтожения патогенной микрофлоры, направляют в смеситель вместе с вытяжкой биогумуса, добавляя микробиологический препарат «Восток-ЭМ1», патоку мелассы, отвар отрубей, перемешивают в течение 30 минут при положительной температуре внешней среды +16-20°С, подают в емкость для хранения, где через каждые 12 часов перемешивают воздухом под давлением через барботажную систему при температуре 23-24°С.

Изобретение относится к сельскому хозяйству для переработки отходов животноводства, птицеводства и других пастообразных материалов. Способ приготовления компоста включает укладку навоза, помета в ферментер с последующей подачей кислорода воздуха внутрь ее.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения жидкого гуминового удобрения включает перемешивание гуминосодержащего материала с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия, отстаивание суспензии и отделение жидкой фракции, причем перемешивание гуминосодержащего материала с 1,5-2,0%-ным водным раствором едкого калия и отстаивание суспензии осуществляют неоднократно, в качестве гуминосодержащего материала используют отход производства жидкофазного биосредства для растениеводства и земледелия, действующим началом которого является углерод органического вещества Cорг - 30,0-40,0, масс.%, включающий макроэлементы: азот Nобщ.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к биоэнергетике. Анаэробный реактор содержит корпус с камерами гидролизного и метанового брожения, устройства загрузки и перемешивания субстрата в камерах, гидравлический затвор и колонну для обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения органоминерального компоста включает использование навоза крупного рогатого скота, причем дополнительно в компосте содержится свиной навоз, осадки сточных вод и минеральная составляющая - фосфогипс.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ подготовки птичьего помета, поступающего с птицефабрик и птицеводческих хозяйств, для последующего анаэробного сбраживания с выработкой биогаза и органических удобрений предусматривает подготовку птичьего помета или смеси пометов до максимальной влажности 91%, соотношения углерод:азот:фосфор 25:1:1, pH 7÷8.5, оптимальной температуры, не превышающей 64°C, зависящей от размера метантенка, размера помета или смеси пометов, сопоставимого с размерами бактерий, добавления активного ила анаэробного происхождения для нейтрализации действия продуктов санитарной обработки и вакцинации, использованием двухступенчатого сбраживания.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения органоминерального удобрения из осадка сточных вод с помощью компостирования, при котором смешивают осадок сточных вод с опилками (отходы деревопереработки) в соотношении, равном 1:0,12 по массе или 1:0,61 по объему, или с измельченной соломой в соотношении, равном 1:0,11 по массе или 1:1,82 по объему, затем в данную смесь добавляют сульфат калия в количестве 0,2-0,3% по массе субстрата и компостируют в буртах.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Устройство для утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы содержит бункер загрузки исходного сырья, реактор пиролиза, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса с узлами отвода парогазовой смеси и твердого углеродоминерального остатка, конденсатор воздушного охлаждения, циклон, газгольдер для сбора несконденсированной части парогазовой смеси, причем дно реактора пиролиза выполнено в виде сита со сквозными отверстиями, под которым установлен грузонесущий орган вибратора, под ним размещена горизонтальная труба с отверстиями в верхней части для подачи теплоносителя, с одной стороны закрытая заглушкой, а с другой стороны соединенная через калорифер с воздуходувкой и патрубком для подачи теплоносителя, в верхней части реактора расположена камера для сбора топочных и пиролизных газов, соединенная узлом отвода парогазовой смеси с конденсатором воздушного охлаждения, который в нижней части соединен с емкостью для сбора топлива, а в верхней части через циклон и абсорбер - с газгольдером.

Группа изобретений может быть использована в области утилизации отходов животноводства и сельского хозяйства, а также в энергетике. Птичий помет обезвоживают в устройстве механического обезвоживания (1), которое соединено сборником отогнанной жидкости (2) посредством последовательно расположенных стерилизатора (3), представляющего собой автоклав, и концентратора (4) через устройство насыщения (15) с устройством выгрузки угля.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для переработки органического сырья. Установка включает систему подачи исходного сырья (1), анаэробный биореактор (2), нагреватель биомассы, систему отвода биогаза (3), систему удаления биомассы (7), систему управления технологическим процессом (6).
Изобретение относится к области биотехнологии и охраны окружающей среды и может быть использовано в производстве биогаза при сверхнормативном закисании сбраживаемых масс.

Изобретение может быть использовано для биологической обработки сточных вод. Реактор (1) с восходящим потоком содержит бак (2) реактора, трубопроводы (31-34), распределитель (3) сточных вод, флотационные разделители (10, 20) для разделения воды (7) реактора, биомассы (8) и биогаза (9), сборное устройство (4) и газоотделитель (6) для разделения биомассы (8) и биогаза (90).

Изобретение относится к области утилизации органических субстратов, не представляющих ценности в качестве исходного сырья для приготовления товарной продукции, в первую очередь органических удобрений.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к биоэнергетике. Анаэробный реактор содержит корпус с камерами гидролизного и метанового брожения, устройства загрузки и перемешивания субстрата в камерах, гидравлический затвор и колонну для обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой.
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки фракции навозного стока и сточной воды ЖКХ с использованием метанового брожения, осуществляемого биоценозом анаэробных бактерий.

Изобретение относится к методам переработки различных видов твердых субстратов с содержанием органического биоразлагаемого вещества не менее 20% от общей массы отходов.

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.

(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.

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.
Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для переработки осадков промышленных предприятий по производству беленой целлюлозы с использованием сульфатного метода.
Наверх