способ получения биогумуса из органических отходов

Формула изобретения

1. Способ получения биогумуса из органических отходов, включающий последовательное аэробное, а затем анаэробное брожение отходов с поддержанием температуры брожения в интервале 65-75^oС, отличающийся тем, что перед брожением готовят смесь органических отходов и воды, брожение ведут в замкнутом контуре, в котором осуществляют циркуляцию смеси, причем при аэробном брожении на смесь воздействуют сначала низкочастотной, а затем высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля, причем воздействие высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля осуществляют совместно с воздействием света актиничного диапазона, а при анаэробном брожении смесь подвергают магнитной обработке, после чего часть сброженной массы отбирают из замкнутого контура после ее анаэробного брожения и замещают ее вновь приготовленной смесью органических отходов и воды до тех пор, пока температура смеси, находящейся в замкнутом контуре, не снизится до температуры не ниже 65^oС, при этом замещающую смесь, подаваемую в замкнутый контур, подвергают сначала аэробному брожению, а из отобранной из замкнутого контура замещаемой сброженной массы выделяют густую фракцию и водный раствор, после чего густую фракцию подвергают электролизу.

2. Способ получения биогумуса по п.1, отличающийся тем, что выделенный водный раствор очищают и полученную воду направляют для приготовления смеси с органическими отходами.

3. Способ получения биогумуса по п.1, отличающийся тем, что вновь приготовленную смесь перед подачей ее в замкнутый контур гомогенизируют.

4. Способ получения биогумуса по п.1, отличающийся тем, что концентрацию органических отходов во вновь приготовленной смеси выбирают в интервале 20-35%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению органических удобрении из органических отходов, преимущественно из отстоя сточных вод.

Известен способ получения биогумуса из органических отходов, включающий предварительную подготовку отходов для их последующего превращения в биогумус с помощью дождевых червей [1].

Способ требует длительной предварительной подготовки органических отходов и создания оптимальных условий для жизнедеятельности червей. Черви требуют создания им комфортных условий по температуре, влажности и составу органических отходов. Это делает биогумус, полученный этим способом, очень дорогим.

Известен способ переработки органических отходов, включающий проведение следующих последовательных операций: насыщение отходов кислородом воздуха в течение суток в первой камере, предварительное брожение в аэробных, а затем в анаэробных условиях в течение двух суток во второй камере и анаэробное брожение в течение 20-ти суток в третьей камере, и при необходимости - полное брожение в последней камере в течение 60-ти суток [2].

Помимо большого времени на протекание процесса (более 63 суток) способ требует больших капитальных и эксплуатационных затрат для его реализации.

Наиболее близких к предлагаемому является способ получения биогумуса из органических отходов, включающий последовательное аэробное и анаэробное брожение отходов с поддержанием температуры брожения 65-75^oС [3].

Процесс здесь идет быстрее раза в полтора. Однако во всех решениях [1], [2] и [3] процесс переработки носит периодический характер. От загрузки органических отходов до получения готового продукта проходит длительный период в течение которого идет процесс. Готовый продукт получают сразу весь. Такой способ получения биогумуса годится для фермерских хозяйств, имеющих небольшое количество органическим отходов. Но он непригоден для промышленного получения биогумуса в больших количествах, когда количество органических отходов практически неограничено, например, когда надо перерабатывать отстой сточных вод. Кроме того, отходы - первичное сырье для этого способа - должны содержать в своем составе минимальное количество недопустимых для биогумуса веществ, таких как, например, тяжелые металлы. Поэтому этот способ неприменим, если в качестве сырья используют органические отходы с большим содержанием тяжелых металлов, например отстой сточных вод.

Задача изобретения - ускорить процесс переработки органических отходов, сделав его непрерывным, при котором периодические загрузки сырья и выгрузки готового продукта проходили бы без прерывания самого процесса. Дополнительной задачей изобретения является возможность использования в качестве сырья отходов, содержащих большое количество тяжелых металлов в своем составе, например отстоя сточных вод.

Указанная задача решается тем, что в способе получения биогумуса из органических отходов, включающем последовательное аэробное и анаэробное брожение отходов с поддержанием температуры брожения 65-75^oС, перед брожением готовят смесь органических отходов и воды, брожение ведут в замкнутом контуре, в котором осуществляют циркуляцию смеси, причем при аэробном брожении на смесь воздействуют сначала низкочастотной, а затем высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля, причем воздействие высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля осуществляют совместно с воздействием света актиничного диапазона, а при анаэробном брожении смесь подвергают магнитной обработке, после чего часть сброженной массы отбирают из замкнутого контура после ее анаэробного брожения и замещают ее вновь приготовленной смесью органических отходов и воды до тех пор, пока температура смеси, находящейся в замкнутом контуре, не снизится до температуры не ниже 65^oС, при этом замещающую смесь, подаваемую в замкнутый контур, подвергают сначала аэробному брожению, а из отобранной из замкнутого контура замещаемой сброженной массы выделяют густую фракцию и водный раствор, после чего густую фракцию подвергают электролизу.

Выделенный водный раствор желательно очищать, а полученную воду направлять для приготовления новой смеси с органическими отходами.

Вновь приготовленную смесь перед подачей ее в замкнутый контур следует гомогенизировать.

Наиболее оптимальная концентрация органических отходов во вновь приготовленной смеси находится в интервале 20-35%.

Новым в изобретении является то, что перед брожением готовят смесь органических отходов и воды, брожение ведут в замкнутом контуре, в котором осуществляют циркуляцию смеси, причем при аэробном брожении на смесь воздействуют сначала низкочастотной, а затем высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля, причем воздействие высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля осуществляют совместно с воздействием света актиничного диапазона, а при анаэробном брожении смесь подвергают магнитной обработке, после чего часть сброженной массы отбирают из замкнутого контура после ее анаэробного брожения и замещают ее вновь приготовленной смесью органических отходов и воды до тех пор, пока температура смеси, находящейся в замкнутом контуре, не снизится до температуры не ниже 65^oС, при этом замещающую смесь, подаваемую в замкнутый контур, подвергают сначала аэробному брожению, а из отобранной из замкнутого контура замещаемой сброженной массы выделяют густую фракцию и водным раствор, после чего густую фракцию подвергают электролизу.

Кроме того, новым в изобретении может быть то, что:

а) выделенный водный раствор очищают и полученную воду направляют для приготовления смеси с органическими отходами;

б) вновь приготовленную смесь перед подачей ее в замкнутый контур гомогенизируют;

в) концентрацию органических отходов во вновь приготовленной смеси выбирают в интервале 20-35%.

Приготовив перед брожением смесь органических отходов и воды, мы создаем оптимальные условия для последующих воздействий на органические отходы для их переработки в органические удобрения.

Осуществляя брожение во время циркуляции смеси в замкнутом контуре, мы делаем процесс переработки органических отходов непрерывным, при котором все новые и новые порции органических отходов подаются в контур, а отводятся из него уже переработанными.

Воздействуя при аэробном брожении на смесь сначала низкочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля, мы создаем по всему объему смеси кавитационный режим течения жидкости, что способствует быстрому измельчению крупных частиц и молекул и переводу молекул тяжелых металлов в водной раствор. При этом площадь взаимодействия для аэробного брожения резко увеличивается, что способствует аэробному брожению по всему объему смеси.

Последующее воздействие на смесь высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля и светом актиничного диапазона при аэробном брожении позволяет добиться следующего:

а) свет актиничного диапазона при его воздействии на смесь при аэробном брожении является мощным катализатором этого брожения;

б) однако в силу малой оптической проницаемости смеси органических отходов и воды свет может воздействовать только на поверхностный слой жидкой смеси. Ультразвуковое воздействие высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля, осуществляемое одновременно со световым воздействием, создает ультразвуковой ветер и мощное микроперемешивание среды. Таким образом, эффективность и скорость аэробного брожения возрастает также по всему объему смеси.

Подвергая смесь при анаэробном брожении магнитной обработке, мы способствует росту "чистых" молекул протогумуса.

Отбирая часть сброженной массы из замкнутого контура после ее анаэробного брожения и замещая ее вновь приготовленной смесью органических отходов и воды до тех пор, пока температура смеси, находящейся в замкнутом контуре, не снизится до температуры не ниже 65^oС, мы, с одной стороны, получаем готовую для последующей обработки сброженную массу, а с другой стороны, снижаем температуру смеси в замкнутом контуре до температуры не ниже 65^oС, то есть поддерживаем ее в оптимальном для процесса брожения диапазоне и в тоже самое время достаточно высокой, чтобы погибли болезнетворные микроорганизмы в смеси.

Подвергая замещающую смесь, подаваемую в замкнутый контур, сначала аэробному брожению, мы для каждой вновь подаваемой порции смеси процесс брожения проводим одинаково, что сказывается на качестве сброженной массы.

Выделяя из отобранной из замкнутого контура замещаемой сброженной массы водный раствор, мы получаем в относительно концентрированном виде раствор тяжелых металлов, которые уже не попадут в биогумус. С другой стороны, выделяя эти тяжелые металлы из раствора, мы можем получить довольно чистую воду, годную для повторного использования в процессе, а твердый осадок использовать для последующего получения самих тяжелых металлов.

Выделяя из отобранной из замкнутого контура замещаемой сброженной массы густую фракцию, мы получаем протогумус.

Подвергая эту густую фракцию - протогумус - электролизу, мы получаем главный конечный продукт процесса - биогумус. Причем количество тяжелых металлов в готовом продукте минимально даже при использовании в качестве первичного сырья отстоя сточных вод.

На чертеже показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные трубопроводами емкость 1 для приготовления смеси со входами 2 для органических отходов и 3 для воды с фильтром 4 для твердых частиц на ее выходе, подающий кран 5, замкнутый контур 6 с выпускающим краном 7 в нем, сепаратор 8, у которого один выход сообщен с устройством 9 для очистки воды и далее с емкостью 1, а второй выход - с электролизной установкой 10. Замкнутый контур 6 включает соединенные трубопроводами гомогенизатор 11 с подающим краном 5 на его первом входе, прокачивающий насос 12, блок аэробного брожения 13, блок анаэробного брожения 14, термопару 15, пробоотборник 16, подкачивающий насос 17 и выпускающий кран 7, установленный перед вторым входом 18 гомогенизатора 11. Блок аэробного брожения 13 содержит емкость 19 с генератором ультразвуковых колебаний 20 для воздействия на смесь ультразвуковыми колебаниями низкой частоты, емкость 21 с фильтром 22, пропускающим в нее высокочастотные колебания от генератора ультразвуковых колебаний 23, с устройством подвода воздуха 24 в нее и с источником 25 света актиничного диапазона внутри нее. Блок анаэробного брожения 14 содержит емкость 26 с электромагнитом 27.

Способ реализуют следующим образом.

В емкость 1 через входы 2 и 3 подают органические отходы в виде отстоя сточных вод и воду, где готовят смесь органических отходов и воды, которую через подающий кран 5 подают в гомогенизатор 11, где она насыщается воздухом, а затем смесь подают в замкнутый контур 6, в котором осуществляют циркуляцию смеси с помощью прокачивающего 12 и подкачивающего 17 насосов. В блоке аэробного брожения 13 в емкости 19 на смесь воздействуют низкочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля генератора ультразвуковых колебаний 20, получая кавитационный режим течения смеси. В результате крупные частицы и молекулы распадаются на более мелкие составляющие. Площадь брожения при этом резко возрастает, а часть тяжелых металлов из органических отходов переходят в водный раствор. В емкости 21 процесс аэробного брожения продолжают, для чего на смесь воздействуют высокочастотной составляющей колебательного спектра ультразвукового поля генератора ультразвуковых колебаний 23 и светом актиничного диапазона от источника света 25. При этом воздействие света резко усиливает процесс брожения, а высокочастотные колебания заставляют молекулы и частицы поворачиваться своими разными сторонами к источнику света 25. Таким образом, процесс аэробного брожения в емкости 21 происходит с большой скоростью во всем ее объеме. При этом в емкость 21 постоянно подают воздух из устройства подвода воздуха 24.

После аэробного брожения смесь падают в блок анаэробного брожения 14, где в емкости 26 с помощью электромагнита 27 смесь во время анаэробного брожения подвергают магнитной обработке. При этом частицы молекул образуют более крупные образования, лучше пригодные для последующего образования биогумуса. Из блока анаэробного брожения 14 смесь поступает на подкачивающий насос 17 и далее на второй вход 18 гомогенизатора 11. При циркуляции смеси в замкнутом контуре 6 замеряют ее температуру с помощью термопары 15 и отбирают пробы смеси с помощью пробоотборника 16. В замкнутом контуре 6 поддерживают температуру брожения 65-75^oС, для чего при ее превышении 75^oС часть сброженной массы отбирают из замкнутого контура 6 после ее анаэробного брожения в блоке 14 и замещают ее вновь приготовленной смесью органических отходов и воды, подаваемой в гомогенизатор 11 из емкости 1, до тех пор, пока температура смеси, находящейся в замкнутом контуре, по показаниям термопары 15 не снизится до температуры не ниже 65^oС.

Точно такое же замещение сброженной массы производят и при более низкой температуре смеси, если по результатам анализа смеси из пробоотборника 16 выяснится, что смесь уже готова для последующей переработки. При этом замещающую смесь, подаваемую в замкнутый контур 6, подвергают сначала аэробному брожению в блоке аэробного брожения 13. Из отобранной из замкнутого контура 6 замещаемой сброженной массы в сепараторе 8 выделяют густую фракцию и водный раствор. Густую фракцию подвергают электролизу в электролизной установке 10 и получают готовый биогумус. Водный раствор из сепаратора 8 поступает на устройство для очистки воды 9, где вода очищается от тяжелых металлов и поступает в емкость 1 для приготовления новой смеси. А тяжелые металлы в виде густой фракции направляются для их дальнейшего использования, например, в металлургии. Вновь приготовленную смесь перед подачей ее в замкнутый контур 6 гомогенизируют в гомогенизаторе 11. Концентрацию органических отходов во вновь приготовленной снеси выбирают в интервале 20-35%.

Источники информации

1. Патент PФ 2116266, МКИ C 02 F 11/02, 1998 г.

2. Патент Франции 2614888, МКИ C 02 F 11/04, 1988 г.

3. Патент РФ 2085519, МКИ С 02 Р 11/00, опуб. 1997 г. - прототип.