Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу

Номер патенту: 47316

Опубліковано: 25.01.2010

Автори: Сирников Євген Володимирович, Тюрін Володимир Юрійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу, що включає розкладання в анаеробних умовах органічних забруднень із виділенням біогазу, який відрізняється тим, що використовують гібридну систему очищення, яка включає фізико-хімічний спосіб очищення для розподілу потоку на дві фракції по вмісту завислих речовин і жирів, де основний потік з концентрацією завислих речовин менше 200 мг/дм3 надходить на метановий реактор типу UASB - реактор з висхідним потоком, через шар анаеробного мулу, а флотошлам з вологістю біля 95 % проходить обробку в метановому реакторі класичного типу.

2. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу за п. 1, який відрізняється тим, що спосіб виконаний таким чином, що технологічна схема способу не виключає спільне очищення водних розчинів від основних технологічних операцій (миття сирів, устаткування, технологічних ємностей) і великої кількості молочної сироватки.

3. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу за п. 1, який відрізняється тим, що для початку ферментації виключає необхідність у підігріві до мезофільної або до термофільної температури.

4. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу за п. 1, який відрізняється тим, що час перебування потоку в метановому реакторі знаходиться у діапазоні 2-48 годин.

5. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу за п. 1, який відрізняється тим, що спосіб виконаний з можливістю стійкості до залпових скидань по органічних речовинах або до відсутності забруднень (низької концентрації ХСК у стоках) та має у діапазоні від 2000 до 30000 мг/дм3 постійний ефект очистки, який сягає 90 % по концентрації ХСК у стоках.

Текст

1. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу, що включає розкладання в анаеробних умовах органічних забруднень із виділенням біогазу, який відрізняється тим, що використовують гібридну систему очищення, яка включає фізикохімічний спосіб очищення для розподілу потоку на дві фракції по вмісту завислих речовин і жирів, де основний потік з концентрацією завислих речовин менше 200мг/дм3 надходить на метановий реактор типу UASB - реактор з висхідним потоком, через шар анаеробного мулу, а флотошлам з вологістю біля 95% проходить обробку в метановому реакторі класичного типу. 2. Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу за п. 1, який відрізняється тим, що спосіб виконаний 2 (13) 1 3 робних підприємствах займає молочна сироватка. ХСК сироватки, в залежності від якості використовуваного молока, може сягати 60000мгО/дм3. Виробництво казеїну на молокопереробних підприємствах також пов'язано із утворенням висококонцентрованих стічних вод (ХСК може досягати 30000мгО/дм3), які є стійкими до біологічного окислення та протягом кількох місяців лише частково розкладаються на полях фільтрації. Кількість та якість стічних вод залежить від потужності молокопереробного підприємства та асортименту виготовленої продукції, при цьому питома витрата свіжої води складає в середньому 712м3/тон молока. В літній період, коли кількість молока, яке переробляється значно зростає, кількість стічних вод, скиданих у каналізацію, та сироватки також значно зростає. На сьогоднішній день відсутні способи розумного застосування величезної кількості сироватки, утвореної в результаті виробництва сиру та сирів, а проблема, пов'язана із доведенням характеристик стічних вод до норм скидання, на молочних підприємствах вирішується за рахунок розведення стічних вод свіжою водою. Відомі, наприклад, технології очищення стічних вод, які характеризуються низькими концентраціями ХСК: аеробна система очищення, устаткування з мікрофлорою, іммобілізованою на синтетичному носії (а.с. 1581705 та пат. 7632 України, SU 1581705). Стічні води молокопереробного підприємства потрапляють у діапазон висококонцентрованих по ХСК стічних вод. У цьому діапазоні концентрацій (2000-30000мгО/дм3 по ХСК) жодна із наведених вище технологій не здатна забезпечити ефективне, зі стабільним зниженням концентрації ХСК, очищення. Спосіб анаеробної (у відсутності кисню) ферментації заснований на протіканні послідовно чотирьох процесів - гідроліз, кислотогенез, та бетаокиснення, ацетогенез, метаногенез. Протікання кожного процесу забезпечує власний клас бактерій. В результаті такого симбіозу їх метаболізму забезпечується процес очищення та виробництва біогазу. Процеси анаеробної ферментації протікають в реакторі у строго встановленому порядку та будь-яке порушення однієї з проміжних стадій призводить до порушення всього процесу. Спосіб анаеробної ферментації ефективно застосовується для отримання добрив та біогазу (пат. 27445 України, пат. 29997 України) із органічних відходів, таких як гній КРС, свинна рідина, осад стічних вод, пивна дробина, відходи забійних цехів та ін. Ці субстрати найбільш підходять до анаеробної ферментації методом, описаним у пат. 29997 України, який не здатен забезпечити ефективне протікання процесу видобутку біогазу та стабільного очищення висококонцентрованих стічних вод молокопереробних підприємств, тому що стічні води молокопереробних підприємств є складними полідисперсними системами із специфічними характеристиками. Тому заявник розглядає запропоновану технологію із точки зору очищення висококонцентрованих стічних вод, а добутий біогаз виключно як побічний продукт очищення, що призводить до позитивного економічного ефекту від впровадження даної технології на підприємстві. 47316 4 Найбільш близьким до технічного рішення, яке заявляється за технічною сутністю та технічним результатом, який очікується, є технічне рішення по патенту РФ №2315721 від 03.04.2000 (СПОСІБ АНАЕРОБНОЇ ПЕРНРОККИ ОРГАНІЧНИХ ВІДХОДІВ ТА УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ), яке може бути використане в області сільського господарства та паливної енергетики для переробки органічних відходів, наприклад гною, пташиного калу. Установка анаеробної переробки органічних відходів, за вказаним патентом, містить анаеробний біореактор з основним нагрівачем біомаси, систему подачі сировини, систему видалення біогазу з вакуум-насосом, систему видалення рідкого органічного добрива та систему керування технологічним процесом. Анаеробний біореактор виконаний у вигляді герметично закритої ємності, розділеної за допомогою вертикальних перегородок: перегородки - теплообмінника, встановленого по висоті від дна корпуса біореактору до дзеркала рідини в біореакторі, і набору із шести переливних перегородок на чотири, поєднаних між собою за допомогою гідравліки, секції. Перша завантажувальна секція з'єднана із системою подачі вихідної сировини. Друга секція - підготовча, третя секція - проміжна та четверта - зливальна, поєднана із системою видалення рідкого органічного добрива. До входу системи подачі вихідної сировини приєднана система підготовки вихідної сировини, виконана у вигляді ємності для приймання сировини, оснащеної обладнаннями для здрібнювання, переміщування і змішання вихідної біомаси зі шламом та її попереднього нагрівання. Анаеробний біореактор оснащений обладнанням інтенсивного перемішування біомаси, виконаним у вигляді двох насосів, встановлених зовні корпуса анаеробного біореакгору. Технічний результат: підвищити продуктивність процесу, збільшити кількість виробленого біогазу та рідкого органічного добрива, забезпечити екологічну чистоту і високу надійність роботи. Сутність пропонованого технічного рішення полягає у наступному: спосіб анаеробної переробки органічних відходів, що полягає в тому, що в анаеробний біореактор завантажується волога попередньо підготовлена органічна біомаса з анаеробними бактеріями - тобто з закваскою, і забезпечується її бродіння з підігрівом, при цьому з анаеробного біореактора роблять відбір біогазу та рідкою органічного добрива. Керування процесом здійснюють за допомогою комп'ютера. Попередньо всю біомасу перед завантаженням подрібнюють та гомогенізують, а також змішують зі зброженим шламом і а нагрівають, після чого її завантажують в анаеробний біореактор й інтенсивно перемішують протягом усього процесу з періодичністю кілька раз у годину. Пропоноване технічне рішення має певні переваги, однак, конструктивно, анаеробний біореактор розділений усередині вертикальними перегородками на чотири секції, поєднанні між собою за допомогою гідравліки на відміну від пропонованого біореактору, де немає перегородок у реакторах секція в реакторі типу UASB і класичного типу одна. Крім того при здійсненні способу, який запропонований у прототипі, у анаеробному біореакторі 5 створюється постійний вакуум від 0,05 до 0,9атм. при 40-56°С. Крім тою, в реактор завантажується волога органічна біомаса, яки попередньо подрібнюється, перемішується зі зброженим шламом закваскою (анаеробні бактерії) і перед подачею в анаеробний реактор підігрівається. Таким чином основним недоліком технічного рішення по патенту РФ №2315721 від 03.04.2006, є можливість розгерметизації анаеробного біореактора, що призводить до постійного припливу свіжого повітря та створенню аеробних, а не анаеробних умов бродіння біомаси. Це у свою чергу призведе до порушення або повному припинення процесу переробки органічних відходів у біодобрива та отримання біогазу. Метою пропонованого технічного рішення є створення способу (технології) очищення висококонцентрованих стічних вод, а біогаз розглядається як побічний продукт очищення, що приводить до позитивного економічного ефекту від впровадження даної технології на підприємстві. Відходи молокопереробних підприємств надходять із виробництва відносно теплими 25-75°С, тому для початку ферментації немає необхідності в підігріві до мезофільної, а іноді до термофільної температури. У пункті підготовки стоків - буферному резервуарі, відбувається приймання як стічних вод, що утворюються в результаті технологічного процесу на підприємстві, так і сироватки. Потім суміш надходить у блок фізико-хімічної очистки, а потім в блок анаеробної ферментації. Оскільки лактоза в сироватці вже значною мірою розпалася на галактозу та глюкозу, анаеробна ферментація в порівнянні з іншими видами субстрату протікає набагато швидше. У результаті ферментації в анаеробному реакторі відбувається перетворення органічних забруднень стоків у газову складову, при цьому концентрація ХСК зменшується в 8-10 разів. Час перебування в реакторі в залежності від температурного режиму і якісних характеристик стічних вод перебувають у діапазоні 2-48 годин. Ефект очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки методом анаеробної ферментації досягає 90% і є постійним у широкому діапазоні концентрацій забруднень (200030000мгО/дм3 по ХСК). В основу технічного рішення постановлено задачу, удосконалення способу очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу, який включає розкладання органічних забруднень із виділенням біогазу в анаеробних умовах та в якому, за рахунок того, що спосіб містить гібридну систему очищення, яке містить у собі фізико-хімічний спосіб очищення для поділу потоку на дві фракції по змісту зважених речовин і жирів, де основний потік рідини з концентрацією зважених речовин менш 200мг/дм3 надходить на метановий реактор типу UASB - реактор з висхідним потоком через шар анаеробного мулу, а флотошлам з вологістю не більше 95% очищається на метановому реакторі класичного типу. Крім того, пропонований спосіб виконаний таким чином, що технологічна схема способу не виключає спільне очищення водяних розчинів від основних технологічних операцій (мийки сирів, 47316 6 встаткування, технологічних ємностей) і великої кількості сироватки після кислотного та сичугового згортання. Пропонований спосіб виключає необхідність у підігріві до мезофільної або до термофільної температури для початку ферментації, а час перебування потоку в метановому реакторі перебуває в діапазоні 2-48 годин. Спосіб виконаний з можливістю стійкості до залпових скидань по органічних речовинах або до відсутності забруднень (низкою концентрації ХСК у стоках). Як видно, із викладення технічної сутності, технічного рішення, яке заявляється, воно суттєво відрізняється від прототипу, а отже є новим. Пропонований технічний результат досягається за рахунок того, що у пропонованому по заявці технічному рішенні, у двох анаеробних реакторах вакуум не створюється (хоча реактори також виготовлені з можливістю створення вакууму), а навпаки знаходяться під невеликим надлишковим тиском - приблизно 200мбар і температурі в анаеробних біореакторах яка відповідає або термофільному (50-54°С) або мезофільному (30-34°С) режиму анаеробного очищення. Крім того, у пропонованому рішенні, не передбачено підігріву потоку тому, що стічні води, які надходять з підприємства є теплими. Важливим елементом організації надходження стоків є їх розділення на флотаторові на два потоки: перший потік - забруднена вода (концентрація зважених речовин менш 200мг/дм3) направляється в реактор тину UASB, другий потік - органічна волога біомаса (концентрація зважених речовин більш 50000мг/дм3) направляється в класичний реактор, причому немає необхідності в попередній підготовці біомаси, а також в здрібнюванні та гомогенізації. Заявником була розроблена та пропонується до впровадження підприємствам молокопереробної промисловості технологія очищення висококонцентрованих стічних вод та ефективної утилізації сироватки із видобутком біогазу. Розроблена технологія базується на методі анаеробної ферментації із застосуванням гібридної системи очищення висококонцентрованих стічних вод та сироватки із видобутком біогазу. На Фіг.1 наведені складові елементи технології гібридної системи очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки із видобутком біогазу, яка включає в себе: 1 - молокопереробне підприємство, 2 - висококонцентровані стічні води й сироватка, 3 - усереднювач - буферний резервуар, 4 - флотатор, 5 - метановий реактор типу UASB - реактор з висхідним потоком через шар анаеробного мулу, 6 - газоочищення, 7 - аварійний факел, 8 - газгольдер, 9 - доочищення газу та газорозподільний пункт, 10 - біогаз, 11 - очищені стічні води, 12 - зневоднений шлам, 13 - метановий реактор класичного типу, 14 - реактор насичення киснем, 7 15 - цупкі приготування реагентів, 16 - зневоднення зброджувального субстрату. Час перебування у метанових реакторах в залежності від температурного режиму та якісних характеристик стічних вод знаходиться у діапазоні 2-48 годин, при цьому ефект очищення методом анаеробної ферментації досягає 90% по ХСК і є постійним у широкому діапазоні концентрацій (див. Фіг.2). За розрахунками для анаеробної системи біологічного очищення необхідно всього приблизно три-чотири робочих години на добу для проведення аналізів та технічного обслуговування. Ця установка обладнана дистанційною системою управління та контролю, і має з'єднання з мережею Інтернет для дистанційної о контролю та управлінням. При застосуванні технології анаеробної ферментації підприємства молокопереробної промисловості здатні повністю забезпечити себе дешевою та якісною енергією, отриманою при утилізації відходів власного виробництва. Технологія анаеробної ферментації - це єдина система очищення, яка дозволяє ввести відходи виробництва до енергетичного балансу підприємства та отримати додатковий прибуток. Для великих об'ємів відходів виробництва, які утилізуються та промислових стоків необхідне детальне проектування анаеробних систем біологічною очищення. Тому впровадження даної технології на кожнім підприємстві потребує ретельного попереднього вивчення. Технічна сутність запропонованого технічною рішення полягає у наступному. Корисна модель відноситься до створення способу анаеробної ферментації висококонцентрованих стічних вод молокопереробних підприємств та ефективної утилізації сироватки, а також забезпечує ефект зниження концентрації ХСК до 90% і дозволяє при цьому отримати біогаз з концентрацією метану 5575%. В діапазоні забруднення стічних вод від 2000 до 30000мгО/дм3 ефект очищення є постійним. Технологія базується на методі анаеробної ферментації з використанням гібридної системи очищення висококонцентрованих стічних вод молокопереробної промисловості, яка включає фізико-хімічний спосіб очищення для розділення потоку на дві фракції за вмістом зважених речовин та жирів. Основний потік рідини з концентрацією зважених речовин менш 200мг/дм3 поступає до метанового реактору типу UASR (реактор з висхідним потоком через шар анаеробного мулу), а флотошлам з вологістю приблизно 95% зброджується у метановому реакторі класичного типу. Відходи молокопереробних підприємств поступають з виробництва відносно теплими 2570°С, тому для початку ферментації нема необхідності у підігріві до мезофільної, а іноді й до термофільної температури. Оскільки лактоза у сироватці вже в значний мірі розклалася на галактозу та глюкозу, анаеробна ферментація по зрівнянню з іншими видами субстрату протікає набагато швидше, час перебування у реакторі в залежності від температурного режиму та якісних характеристик стічних вод знаходиться у діапазоні 2-48 годин. 47316 8 Крім цього запропонований спосіб анаеробної ферментації у даному діапазоні здатен забезпечити ефективне, зі стабільним зниженням концентрації ХСК, очищення, а також є стійким до залпових по органічним речовинам викидам і до відсутності забруднення (низької концентрації ХСК у стоках), тому що це не призводить до загибелі біомаси мікроорганізмів, крім цього дана технологія очищення дозволяє ввести відходи виробництва до енергетичного балансу підприємства та отримати прибуток. Пропонована Заявником технологія стійка до залпових скидань, а також до відсутності забруднень (низкою концентрації ХСК у стоках) тому що це не призводить до загибелі біомаси мікроорганізмів. Після анаеробної ферментації стоки направляються на біологічні (компактні) очисні спорудження, рівень забруднень стоків після такого очищення відповідає нормам скидання у водні об'єкти. Вода після доочищення придатна до використання на технологічні потреб підприємства. Осад і надлишковий активний мул, що утворюється в результаті очищення є безпечними у санітарному підношенні речовинами та можуть бути використані в якості кормової добавки для свиней або в якості біодобрива. Біогаз, що утворювався в результаті анаеробного очищення стічних вод має зміст метану 55-75%, теплотворність газу становить у середньому 6,6кВт*г/нм3. Біогаз збирається в газгольдері та після газопідготовки подається на теплоелектростанцію для виробництва електричної й теплової енергії. Загальний ККД генеруючого устаткування сягає 95%. Сьогодні цей спосіб виробництва енергії с найбільш економічно ефективним. Якщо на молокопереробному підприємстві вже є власна котельня, то біогаз після очищення може направляти у котли для одержання технологічного пару та опалення, тим самим заміняючи копалині види палива. Для обслуговування анаеробних систем біологічного очищення по оцінках потрібно всього близько трьох-чотирьох робочих годин у день на проведення аналізів і технічного обслуговування. Ця установка обладнана дистанційною системою керування та має з'єднання з мережею Інтернет для дистанційного контролю й керування. При застосуванні технології анаеробної ферментації підприємства молокопереробної промисловості здатні повністю забезпечити себе дешевою і якісною енергією отриманої при утилізації відходів власного виробництва. Технологія анаеробної ферментації це єдина система очищення, яка дозволяє ввести відходи виробництва в енергетичний баланс підприємства та отримати додатковий прибуток. Для великих обсягів відходів, які утилізуються та великої кількості промислових стоків потрібно точне проектування анаеробних систем біологічною очищення. Тому впровадження даної технології на кожному молокопереробному підприємстві вимагає ретельного попереднього вивчення. Як видно з опису технічної сутності запропонованого технічного рішення, воно є новим та корисним для застосування у промисловості. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 47316 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method of cleaning highly concentrated waste waters and utilization of whey with biogas production

Автори англійською

Tiurin Volodymyr Yuriiovych, Syrnykov Yevhen Volodymyrovych

Назва патенту російською

Способ очистки высококонцентрированных сточных вод и утилизации сыворотки с извлечением биогаза

Автори російською

Тюрин Владимир Юрьевич, Сырников Евгений Владимирович

МПК / Мітки

МПК: B09B 5/00, B09B 3/00

Мітки: видобутком, висококонцентрованих, утилізації, стічних, вод, біогазу, очищення, спосіб, сироватки

Код посилання

<a href="https://uapatents.com/5-47316-sposib-ochishhennya-visokokoncentrovanikh-stichnikh-vod-ta-utilizaci-sirovatki-z-vidobutkom-biogazu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації сироватки з видобутком біогазу</a>

Подібні патенти