Способ утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение
Владельцы патента RU 2726309:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при подготовке отходов влажностью более 86% в виде удобрений для орошения или прямого внесения в почву для сельскохозяйственных угодий. Способ утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение включает обработку отходов химическим реагентом, компостирование. В качестве химического реагента используют дезинфектанты и антисептики, например, активный хлор с концентрацией 14…32 мг/л. Утилизируемая среда с добавленным высокоокислительным химическим реагентом подвергается воздействию ферромагнитными телами, перемещающимися во вращающемся переменном электромагнитном поле, интенсивностью от 27 до 42 мТл промышленной циклической частоты колебаний электрического тока в сети при параллельном естественном компостировании за счёт мезофильного температурного диапазона от +18 до +26°С. Техническим результатом является снижение продолжительности процесса при утилизации бесподстилочного навоза. 1 табл.
Изобретение относится к утилизации бесподстилочного навоза хозяйств различной производственной мощности и может быть использовано в сельском хозяйстве при подготовке отходов влажностью более 86% в виде удобрений для орошения или прямого внесения в почву для сельскохозяйственных угодий.
Известен способ утилизации бесподстилочного навоза с получением биогаза и удобрений, состоящая из последовательно расположенных камеры нагрева исходного навоза, камеры гидролиза, камеры с термофильным режимом анаэробной обработки навоза, теплообменного аппарата, камеры с мезофильным режимом анаэробной обработки навоза, причем, по крайней мере, одна из камер анаэробной обработки навоза снабжена средствами иммобилизации анаэробной микрофлоры, отличающаяся тем, что камера нагрева исходного навоза снабжена подогревателем, между теплообменным аппаратом и камерой с термофильным режимом анаэробной обработки навоза предусмотрено устройство гравитационного разделения анаэробной биомассы на фракции, жидкостная часть которого связана последовательно с теплообменным аппаратом и камерой с мезофильным режимом анаэробной обработки навоза, а теплообменный аппарат посредством последовательно расположенных компрессора и дросселирующего клапана связан с подогревателем с образованием единого термодинамического контура, при этом средства иммобилизации анаэробной микрофлоры размещены в камере с мезофильным режимом анаэробной обработки навоза (см. патент RU 2407723, МПК C05F 3/06, опубл. 27.12.2010).
Известен способ переработки бесподстилочного навоза в удобрения, электрическую и тепловую энергию, согласно которому исходный навоз последовательно подвергают предварительной подготовке в аппарате, снабженном средствами перемешивания, анаэробной переработке в биогаз и биошлам в метантенке, оборудованном средствами стабилизации температурного режима, биошлам подвергают механическому обезвоживанию с получением жидкой и твердой фракции, твердую фракцию подвергают сушке в конвективной сушилке с использованием энергии сжигания биогаза и получением сухой фракции и влажного газа, сухую фракцию используют для приготовления удобрений, влажный газ используют для стабилизации температурного режима метантенка, жидкую фракцию подвергают гравитационному разделению в отстойнике с получением сгущенной фракции и надосадочной жидкости, сгущенную фракцию направляют в аппарат предварительной подготовки, надосадочную жидкость направляют на последующую очистку, а биогаз накапливают в газохранилище и сжигают в когенерационной установке с получением электрической и тепловой энергии, отличающийся тем, что предварительную подготовку осуществляют в аэробном режиме с достижением по крайней мере мезофильных температур навоза и получением кислородсодержащего газа, сухую фракцию по крайней мере частично подвергают низкотемпературной термохимической газификации в слоевом газогенераторе, оснащенном средствами дутья с получением золы и генераторного газа, золу используют для приготовления удобрений, генераторный газ подвергают промывке в скруббере и накапливают в газохранилище совместно с биогазом, промывку осуществляют надосадочной жидкостью, образовавшиеся промывные воды подвергают деаммонификации в аммиачной колонне с получением аммиачной воды и деаммонифицированных сточных вод, аммиачную воду используют для приготовления удобрений, деаммонифицированные сточные воды направляют на доочистку, кислородсодержащий газ направляют в средства дутья газогенератора, сушку осуществляют с использованием продуктов сгорания из когенерационной установки, влажный газ из конвективной сушилки перед подачей в средства стабилизации температурного режима метантенка используют для подогрева промывных вод перед деаммонификацией, причем образовавшийся конденсат отводят непосредственно в рабочее пространство метантенка и аммиачной колонны. Биоэнергетический комплекс для реализации способа переработки бесподстилочного навоза в удобрения, электрическую и тепловую энергию, состоящий из соединенных в единую технологическую линию аппарата предварительной обработки навоза, метантенка для анаэробной переработки предварительно обработанного навоза в биогаз и биошлам, оборудованного теплообменным регистром, устройства механического обезвоживания, выход которого по твердой фракции связан с конвективной сушилкой, а выход по жидкой фракции связан с отстойником, выход которого по сгущенной фракции связан с входом аппарата предварительной обработки навоза, выход конвективной сушилки по сухой фракции связан с узлом приготовления удобрений, выход по влажному газу связан с теплообменным регистром метантенка, выход метантенка по биогазу через газохранилище связан с когенерационной установкой для производства электрической и тепловой энергии, а также с конвективной сушилкой, отличающийся тем, что аппарат предварительной обработки навоза выполнен в виде аэробного биореактора, выход конвективной сушилки по сухой фракции дополнительно связан с низкотемпературным газогенератором, выход которого по золе связан с узлом приготовления удобрений, средства дутья связаны с выходом аппарата предварительной обработки навоза по кислородсодержащему газу, выход по генераторному газу связан через скруббер с газохранилищем, жидкостной вход скруббера связан с выходом отстойника по надосадочной жидкости, а выход скруббера по промывным водам связан с узлом приготовления удобрений через аммиачную колонну, вход конвективной сушилки связан с выходом продуктов сгорания из когенерационной установки, выход конвективной сушилки по влажному газу связан с теплообменным регистром метантенка через теплообменный регистр аммиачной колонны, причем теплообменные регистры связаны с рабочими пространствами метантенка и аммиачной колонны посредством конденсатоотводчика (см. патент RU 2533431, МПК C05F 3/00, опубл. 20.11.2014).
Недостатками данных способов являются:
– высокая удельная энергоёмкость операций температурной стабилизации, конвективной сушки твёрдой фракции и деаммонификации образованных отрицательных побочных продуктов;
– сложность контроля биологических аэробных и анаэробных процессов;
– сложность обеспечения экологической безопасности термофильного режима;
– низкая технологическая эффективность гравитационного разделения, связанная с длительностью процесса, высоким требованиям к микроклимату при реализации, низкой экологической безопасностью;
– необходимость дополнительной механической очистки, образованной в результате гравитационного разделения надосадочной жидкости;
– образование большого количества побочных продуктов требующих дополнительных затрат для экологически безопасной утилизации: надосадочные жидкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки органических отходов с получением комплексного биоорганического удобрения и активатора компостирования одновременно (см. патент RU 2673738, МПК C05F 3/00, C05F 11/08, C05F 17/00, опубл. 29.11.2018). Способ переработки биогенных органических отходов, включающий следующие стадии: a) компостирование отходов до завершения термофильной стадии и снижения температуры до оптимальной для развития мезофильных микроорганизмов; b) обработка компостируемой массы, полученной на стадии а), микробиологическим удобрением и/или смесью микробиологических удобрений, содержащих мезофильную микрофлору; c) перемешивание массы, полученной на стадии b). При этом в качестве исходного технологического материала могут выступать органические материалы, представляющие собой отходы животноводства и птицеводства. Компостирование на стадии а) дополнительно включает внесение микробиологического удобрения и/или микробиологического активатора компостирования и перемешивание. Микробиологический активатор компостирования представляет собой биогенные отходы, переработанные предлагаемым способом, в котором микробиологические удобрения, используемые на стадии компостирования, представляет собой Восток ЭМ1 и/или Байкал ЭМ1. Микробиологические удобрение, используемое на стадии обработки компостируемой массы представляют собой Восток ЭМ1 и/или Байкал ЭМ1. Стадия компостирования при этом дополнительно включает внесение макро- и микроэлементов, культур микроорганизмов – стимуляторов роста растений, а сама переработка осуществляется в буртах и/или ферментерах. Применение биогенных органических отходов, переработанных интенсифицированным способом, в котором в качестве микробиологического активатора используют стадию компостирования.
Данный способ имеет ряд недостатков:
– высокая удельная энергоёмкость и низкая экологическая безопасность операций;
– длительность и зависимость эффекта от внешних температурных, условий при реализации операции компостирования;
– сложность контроля биологических аэробных и анаэробных процессов;
– низкая технологическая эффективность микробиологических активаторов, ввиду их сильной функциональной зависимости от внешних условий;
– возможность образования отрицательных побочных продуктов при использовании микробиологических активаторов;
– необходимость дополнительных гомогенизаторов;
– возможность существенного снижения биогенных свойств обрабатываемых органических отходов за счёт превышения времени контакта с микробиологическим активаторов.
Задачей изобретения является снижение энергозатрат при утилизации бесподстилочного навоза с последующим его использованием в качестве биоорганического удобрения для орошения сельскохозяйственных угодий.
Сущность изобретения заключается в том, что способ утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение биогенную биоорганическую среду, включающий обработку отходов химическим реагентом, компостирование, при этом утилизируемая среда с добавленным высоко окислительным химическим реагентом подвергается воздействию ферромагнитными телами перемещающимися во вращающемся переменном электромагнитном поле интенсивностью от 27…42 мТл промышленной циклической частоты колебаний электрического тока в сети при параллельном естественном компостировании за счёт мезофильного температурного диапазона, а в качестве химического реагента используют дезинфектанты и антисептики, например, активный хлор с концентрацией 14…32 мг/л, при температуре от +18 до +26°С.
Технический результат от применения изобретения заключается в использовании энергии вращающегося переменного электромагнитного поля, высоко окислительных химических реагентов и энергии механического воздействия ферромагнитных стержней, что позволяет снизить продолжительность воздействия и сократить удельные затраты энергии.
Указанный технический результат достигается за счёт того, что предлагаемый способ позволяет интенсифицировать тепло-массообменные и окислительные процессы, протекающие при компостировании за счёт применения механического воздействия ферромагнитными стержнями, перемещающимися во вращающемся переменном электромагнитном поле, интенсифицирующем тем самым процесс диффузии высоко окислительных химических реагентов в обрабатываемой среде.
Описанное воздействие вызывает ряд вторичных эффектов, вызывающих лизис мембран и протоплазм клеток патогенных организмов, что позволяет снизить влияние внешних факторов и получить стабильный бактерицидный эффект обеспечивающий экологическую безопасность.
Основными принципиальными отличиями предлагаемого способа относительно ранее известных являются:
1. Низкая удельная энергоёмкость операций, что позволяет сократить затраты электроэнергии на создание и поддержание микроклимата необходимого для эффективного протекания аэробных и анаэробных биологических процессов.
2. Высокая надёжность результата, обеспечиваемая отсутствием сложно-контролируемых операций с аэробными и анаэробными микроорганизмами, что позволяет обеспечить высокую воспроизводимость.
3. Высокая экологическая безопасность, обусловленная применением высокоокислительных химических реагентов, например, активного хлора, что позволяет обеспечить устойчивый пролонгированный бактерицидный эффект.
4. Экологизация бактерицидного эффекта достигаемая за счёт системного воздействия ферромагнитными телами в виде стержней и шаров в состоянии их технического насыщения в ходе вихревого движения и магнитострикционных взаимодействий во вращающемся переменном электромагнитном поле промышленной частоты, проецируемая на утилизируемые материалы влажность 86…98%.
Способ реализуется следующим образом: в системе транспортировки среды подлежащей утилизации после её предварительного отстаивания в накопителе, в результате химико-биологических процессов и поддержания микроклимата создаётся температура в диапазоне от +18 до +26°С, обеспечивающая бактериостатическое действие на психрофильные (ниже + 18… + 20 °С) и термофильные формы патогенных организмов, что упрощает их лизис, а также повышает сохранность остаточных биогенных свойств мезофильных патогенных форм, после чего подаётся бесподстилочный навоз влажностью от 86 до 98 %. Следующим этапом является прецизионная дозировка высоко окислительного химического реагента с концентрацией 14…32 мг/л (типа хлор, озон содержащего или олигодинамического), приведённый диапазон концентраций обеспечивает эффективный бактерицидный эффект при минимальных энергозатратах, а также минимизацию отрицательных побочных продуктов реакций в 10…16 раз способных дестабилизировать естественные фазовые состояния среды необходимые для её компостирования. Далее бесподстилочный навоз влажностью 86 до 98 % с добавленным высокоокислительным химическим реагентом подвергается механическому воздействию ферромагнитными стержнями, перемещающимися во вращающемся переменном электромагнитном поле интенсивностью от 42 до 67 мТл, данный диапазон интенсивности электромагнитного поля обеспечивает минимизацию удельных затрат электроэнергии, а также позволяет отказаться от использования частотных преобразователей циклической частоты колебаний тока устройств его создающего и позволяют осуществлять питание от 3-х фазной цепи промышленной частоты Приведённые воздействия позволяют интенсифицировать диффузию высоко окислительного химического реагента в утилизируемой среде и обеспечить лизис оболочек цитоплазм, протоплазм клеток патогенных микроорганизмов. В табл. 1 приведена последовательность реализации и образуемые эффекты при утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение.
Таблица 1 – Этапы реализации способа утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение
| № этапа | Наименование этапа | Эффект реализации |
| 1 | Создание температурного диапазона утилизируемой среды + 18… + 26°С в накопителях/отстойниках. | Бактериостатическое действие на психрофильные (ниже + 18… + 20°С) и термофильные патогенные микроорганизмы (свыше + 40°С). |
| 2 | Прецизионная дозировка высокооксилительных химических реагентов, с концентрацией 14…32 мг/л. | Благодаря высоко окислительной способности химического реагента происходит его диффузионное проникновение в протоплазмы и цитоплазмы клеток опасных в эпидемиологическом отношении форм. |
| 3 | Механическое воздействие ферромагнитными телами перемещающемся вращающемся во вращающемся переменном электромагнитном поле интенсивностью от 27 до 42 мТл. | Интенсификация диффузии высоко окислительного химического реагента и механическое разрушение патогенных бактерицидных форм. |
| 4 | Отстаивание обработанной среды в течении 4…6 часов. | Получение жидкого биоорганического удобрения, безопасного в эпидемиологическом и экологическом отношении, обладающего биогенными свойствами. |
Результатом реализации 4-х этапов предлагаемого способа является получение среды безопасной в эпидемиологическом отношении и при этом обладающей биогенными свойствами, что позволяет использовать её в качестве жидкого биоорганического удобрения.
Предлагаемое изобретение по сравнению с наиболее близким аналогом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
– отсутствие микробиологического активатора компостирования, требующего микроклимата, способствующего жизнедеятельности мезофильных микроорганизмов;
– минимизация влияния рН, цветности, мутности и фазово-дисперсных свойств утилизируемого материала на эффект обеспечения эпидемиологической безопасности биогенного биоорганического удобрения;
– сниженная удельная энергоёмкость и продолжительность операций за счёт применения физико-химического активатора и комплексной реализации операции компостирования/обработки;
– повышенная экологическая безопасность полученного биоорганического биогенного удобрения за счёт применения химических реагентов, например, активного хлора, обеспечивающих пролонгированный бактерицидный эффект;
– стабильность биогенных свойств альгобактериального сообщества патогенной среды вне зависимости от времени контакта обрабатываемого биоорганического материала.
Способ утилизации бесподстилочного навоза в биоорганическое удобрение, включающий обработку отходов химическим реагентом, компостирование, отличающийся тем, что утилизируемая среда с добавленным высокоокислительным химическим реагентом подвергается воздействию ферромагнитными телами, перемещающимися во вращающемся переменном электромагнитном поле, интенсивностью от 27 до 42 мТл промышленной циклической частоты колебаний электрического тока в сети при параллельном естественном компостировании за счёт мезофильного температурного диапазона, а в качестве химического реагента используют дезинфектанты и антисептики, например, активный хлор с концентрацией 14…32 мг/л, при температуре от +18 до +26°С.
