Способ очистки животноводческих стоков и получение биомассы

Способ очистки животноводческих стоков и получение биомассы

Реферат

 

Использование: сельское хозяйство, комплексная переработка и очистка животноводческих стоков с получением кормовых добавок. Сущность изобретения: навоз подвергают I ступени анаэробной ферментации, разделяют на жидкую и плотную фракции, плотную направляют на гидролиз, плотную фракцию гидролизата направляют в биореактор для выращивания дрожжей, дрожжевую суспензию сепарируют, сгущенные дрожжи подвергают плазмолизу, получая при этом белково-витаминную кормовую добавку. Жидкую фракцию, полученную на I ступени ферментации, и жидкую фракцию, полученную после отделения дрожжей, направляют на II ступень ферментации. Образующийся при этом биогаз очищают от аммиака, разделяют на метан и углекислый газ. Жидкую фракцию, углекислый газ и аммиачную воду, полученную в процессе очистки биогаза, направляют для выращивания микроводорослей, затем макроводорослей. Биомассу водорослей отделяют и используют в качестве кормовой добавки. Плотные осадки, полученные в процессе анаэробной и аэробной ферментации, подвергают плазмолизу и используют в качестве кормовой добавки. 1 ил.

Изобретение относится к биосинтезу белковых кормов из нетрадиционных источников сырья (органических отходов сельского хозяйства) и может быть использовано в области сельского хозяйства на животноводческих фермах и комплексах для переработки и очистки животноводческих стоков с получением кормовых добавок.

Известен способ получения кормовых добавок путем выращивания дрожжей на гидролизатах экскрементов животных. По данной технологии на Теленешском свинокомплексе (Молдовская ССР) перерабатывается до 90% выхода навоза влажностью 90-98% . Согласно указанной технологии навоз нагревают острым паром до 120-130^оС и обрабатывают серной кислотой, концентрацию которой в субстрате доводят до 0,6-0,8% , обработка длится 2,5-3,0 ч. На таком гидролизате выращивают кормовые дрожжи, которые используют на корм животным; последрожжевую бражку используют на полив получаемый шлам после гидролиза используют на удобрение (М. . Шлейдер) и др. Опыт переработки и использования свиного навоза, журнал "Корма", N 1, 1977 г. ).

Недостатком данного способа является отсутствие комплексного подхода с точки зрения безотходной экологически чистой технологии, получения кормов из отходов животноводства с одновременной очисткой жидкого стока с комплекса.

Известен способ очистки животноводческих стоков в системе рыбоводно-биологических прудов. По такой технологии предусматривается блок механической очистки и разделения стоков на фракции.

Твердая фракция влажностью 65% складируется в бурт, а жидкая проходит очистку в системе прудов, которая включает отстойник-накопитель, водорослевой пруд, рачковый пруд и рыбоводный пруд; систему замыкает пруд-накопитель чистой воды, где происходит окончательное отстаивание и хлорирование или озонирование воды (авт. св. N 1183462, 1983. Методические рекомендации по устройству, размещению и наладке рыбоводно-биологических прудов для очистки и использования стоков свиноводческих комплексов", М. , 1982).

Основным недостатком данного способа является длительность очистки; так в отстойнике-накопителе стоки отстаивания более 6 мес, необходимо иметь на комплексе несколько (минимум два) параллельных отстойников-накопителей, при заполнении одного необходимо время отстаивания стока, в это время должен заполняться параллельный отстойник-накопитель.

Трудности составляет и удаление осадка с дна накопителя, за время отстаивания происходят различные биологические процессы в нижних слоях накопителя, поэтому в жидкой фракции всегда превышают допустимые дозы растворенного аммиака, сероводорода, метана. В водорослевом пруду жидкая фракция очищается от биогенных веществ в течение 1-3 мес, в рачковом также более месяца, в рыбоводном до 3 мес. Это требует значительного времени, а также отчуждения больших земельных площадей.

Наиболее близким к предлагаемому является установка и способ для двух ступенчатой анаэробной переработки и очистки животноводческих стоков, включающий анаэробное сбраживание в метантенке, устройство для отделения трудносбраживаемых компонентов, анаэробный биофильтр для очистки жидкой фракции, мокрый газгольдер для сбора и хранения биогаза и теплообменник-рекуператор тепла сброженной массы.

Недостатком этого устройства является низкая степень очистки животноводческих стоков от биогенных веществ (азота, фосфора, калия и др. ). Нет комплексного подхода к очистке с точки зрения охраны окружающей среды (авт. св. N 1479423, 1989).

Целью предлагаемого изобретения является снижение загрязнения окружающей среды, повышения эффективности переработки животноводческих отходов и защита окружающей среды с получением белково-витаминных кормовых добавок путем применения анаэробного сбраживания с последующим разделением на фракции с использованием твердой фракции после кислого гидролиза для получения кормового микробного белка и очисткой жидкой фракции в анаэробном биофильтре, флотаторе-дезаммонизаторе, аэробном биофильтре; водорослевом культиваторе и биопрудах с высшей водной растительностью.

Цель достигается тем, что исходный навоз предварительно сбраживают в анаэробных условиях, разделяют на густую и жидкую фракции с последующей переработкой густой фракции путем кислого гидролиза и выращивания на ней кормовых дрожжей. Жидкая фракция проходит очистку в анаэробном биофильтре при 55-56^оС, флотаторе-дезаммонизаторе при 60-70^оС с поддувкой биогаза со скоростью движения газа 2 м³/мин, в аэробном биофильтре при 28-32^оС с подачей воздуха из расчета 2-4 мг растворенного кислорода в 1 л рабочей жидкости, в водорослевом культиваторе путем выращивания зеленых водорослей "спирулиум" и "оценодесмус" при 35^оС, подаче воздуха, углекислоты и аммиачной воды, затем жидкая фракция поступает в биологический пруд, где проходит окончательную доочистку от оставшихся растворенных солей и микроэлементов с помощью высшей водной растительности, после чего при соответствии необходимым требованиям вода сбрасывается в открытый водоем.

Полученная дрожжевая биомасса, а также осадок из анаэробного и аэробного биофильтров направляются в установку отделения дрожжевой и бактериальной биомассы, где сгущаются до влажности 80-90% , затем проходят плазмолиз в плазмолизаторе при 70-90^оС и давлении до 1 атм в течение 1 ч, после чего используется как белково-витаминная добавка в корм животным. Биомасса "спирулины" и "сценодимуса", а также зеленая масса высшей водной растительности используется также в корм животным.

На чертеже представлена схема технологической линии очистки животноводческих стоков до норм сброса в открытый воздух с получением кормовых добавок по заявляемому способу.

Технологическая линия очистки стоков в установившемся режиме работает следующим образом.

Навоз с фермы поступает на отделитель крупных включений 1, после чего в метантенк I ступени метанового сбраживания 2, где происходит анаэробное разложение легкодоступных органических веществ анаэробными микроорганизмами с образованием биогаза при 24-32^оС и влажности исходного навоза 92-96% . Из метантенка сброженный навоз поступает на установку для разделения навоза на фракции 3, густую и жидкую. Густая фракция влажностью 80-90% поступает в гидролизатор 4, где навоз подвергается кислому гидролизу при 120-130^оС с давлением 0,8-1 атм и концентрации серной кислоты в рабочем растворе 0,6-0,8% в течение 1-3 ч, благодаря чему твердые труднодоступные органические вещества (в основном целлюлоза) превращаются в моноуглеводы легкодоступные микроорганизмам.

После этого гидролизат густой фракции навоза поступает в биореактор для выращивания дрожжей 5, в котором при 28-32^оС подаче воздуха из расчета 2-4 мг растворенного кислорода в рабочей среде и поддержании рН в биореакторе 4.5-5,0 путем титрования 5-7% щелочью (NaOH или КОН) происходит выращивание кормовых дрожжей, что позволяет изъять из раствора органические и биогенные вещества и получить до 250 кг/м³сут кормовых дрожжей с содержанием 45-52% сырого протеина. Из биореактора 5 дрожжевая биомасса поступает в установку отделения дрожжевой и бактериальной биомассы 6, для этого используются сепараторы или центрифуги, после этого сгущенные дрожжи примерно до 80% влажностью поступают в плазмолизатор 7, где проходят плазмолиз при 80-90^оС, давлении около 1 атм, в течение 30-40 мин. После такой обработки дрожжи используются как белково-витаминная добавка в корм животным.

Жидкая фракция из установки разделения навоза на фракции 3 и последрожжевая бражка из установки отделения дрожжей 6 поступает в анаэробный биофильтр 8, где при 54-56^оС и рН 6,8-7,8 в анаэробных условиях происходит микробиологическое превращение растворимых органических веществ в биогаз (в основном метан) и осаждение взвесей. Очистка жидкой фракции в анаэробном биофильтре позволяет снизить ХПК стока на 60-70% . Из анаэробного биофильтра 8 жидкая фракция поступает в анаэробный биофильтр - дезаммонизатор 9, принцип работы которого заключается в том, что через жидкость снизу вверх пропускается биогаз со скоростью движения 2 м³/м³. При этом температура рабочей среды поддерживается 60-90^оС, в результате чего происходит выделение аммиака, который уносит вместе с биогазом и растворяется в воде мокрого газгольдера (10), образуя аммиачную воду, которая используется в технологической линии как источник азота для выращивания микроводорослей. Биогаз из мокрого газгольдера 10 используется для поддержания температурного режима всей технологической линии путем подогрева в водогрейном котле 11 для теплообменников. Таким образом в дезаммонизаторе происходит удаление аммиачного азота из стока.

Жидкая фракция из флотатора-дезаммонизатора 9 поступает в аэробный биофильтр 12, где проходит очистку при температуре окружающей среды, с аэрированием воздуха и рН 6,8-7,8, что позволяет снизить ХПК стока до 90-96% , биологическим путем изъять органические и биогенные вещества, а также микроэлементы. После этого жидкая фракция направляется в водорослевой культиватор 13, куда поступает источник азота - аммиачная вода из мокрого газгольдера 10, углекислота СО₂ из мембранного разделителя 17, аэрируемый воздух, выполняющий функцию перемешивания, в результате чего при 35^оС происходит активное выращивание зеленых водорослей "спирулины" или "сценодесмус" с одновременной очисткой сточной жидкости. Окончательная доочистка жидкой фракции происходит в биопруде, т. е. из водорослевого культиватора 13 очищенная вода поступает в биологический пруд 14 с высшей водной растительностью (рогоз, узколистный, рдест блестящий, ряска, спироделла и др. ), где происходит окончательная ее очистка от биогенных элементов, после чего вода, достигнувшая требуемого качества, сбрасывается в открытый водоем.

Зеленая масса, получаемая в водорослевом культиваторе 13 и биологическом пруде 14, используется на корм животным.

Осадок, получаемый в анаэробном 8 и аэробном 12 биофильтрах, направляется в установку отделения дрожжевой и бактерильной биомассы 6, откуда сгущенная бактериальная биомасса поступает в плазмолизатор 7, где подвергается плазмолизу при тех же параметрах, что и дрожжевая, после этого используется как кормовая добавка в корм животным, содержащая до 70% сырого протеина.

Биогаз, получаемый в анаэробном метантенке первой ступени 2 и аэробном биофильтре 8, поступает в мембранный разделитель 15, в котором с помощью мембран происходит разделение его на метан СН₄ и углекислоту (СО₂) с одновременной очисткой от влаги и сероводорода. Метан используется для продувки во флотаторе-дезаммонизаторе 9, а углекислота для выращивания водорослей в водорослевом культиваторе 13.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит получить: - воду, стерильно очищенную до норм сброса в водоем; - микробную биомассу, содержащую до 70% сырого протеина; - кормовые дрожжи, содержащие 45-52% сырого протеина до 25,0 кг/м³ стока в сутки; - 60 кг зеленых водорослей, содержащих 35-45% сырого протеина с 1 м³ стока в сутки; - до 20 кг/м³ стока зеленой массы водных растений в корм животным. (56) Авторское свидетельство СССР N 1479423, кл. С 02 F 11/04, 1989.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ И ПОЛУЧЕНИЕ БИОМАССЫ, включающий первую ступень анаэробной ферментации стоков, разделение проферментированных стоков на жидкую и плотную фракции с последующим проведением II ступени анаэробной ферментации жидкой фракции и получением проферментированной суспензионной биомассы, объединением образующегося на I и II ступенях ферментации биогаза, отличающийся тем, что, с целью снижения загрязнения окружающей среды, повышения эффективности очистки стоков и выхода биомассы, образующийся в процессе ферментации биогаз очищают от аммиака путем перевода его в раствор аммиачной воды, разделяют на метан и углекислый газ, плотную фракцию проферментированных стоков после I ступени ферментации гидролизуют, разделяют гидролизат на жидкую и плотную фракции, жидкую фракцию гидролизата направляют на выращивание дрожжей, суспензионную биомассу, полученную после II ступени анаэробной ферментации, разделяют на жидкую фракцию и иловый осадок, отбирают жидкую фракцию, удаляют из нее аммиак путем продувки выделенным из биогаза метаном, осуществляют аэробную ферментацию, получают смесь, содержащую жидкую фракцию и иловый осадок, жидкую фракцию, а также углекислый газ и аммиачную воду, полученную в процессе очистки биогаза, направляют для выращивания микроводорослей, а затем макроводорослей, полученную суспензию водорослей разделяют на зеленую биомассу, используемую в качестве кормовой добавки, и очищенную воду, а дрожжевую суспензию, полученную в процессе выращивания дрожжей, объединяют с плотной фракцией, полученной в процессе гидролиза, иловыми осадками, полученными после II ступени, анаэробной ферментации и аэробной ферментации, полученную смесь подвергают плазмолизу и используют в качестве кормовой добавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1