Утилизация отходов переработки сахарной свеклы и навоза крупного рогатого скота

Постановка задачи (краткая)

Заказчику необходимо провести утилизацию отходов переработки сахарной свеклы и навоза крупного рогатого скота, содержащих сложные углеводы, жирные кислоты и жиры.

Описание задачи (подробное)

Источниками отходов, подлежащих утилизации, служат:

• свекольный жом, образующийся в процессе получения диффузионного сока;
• меласса сахарной свеклы (патока), образующаяся при центрифугировании для отделения сахарозы;
• жидкий навоз крупного рогатого скота;

Подготовительный этап

Перед составлением программы очистки объединенных производственных сточных вод предприятия был проведен аудит образующихся производственных и внутрихозяйственных отходов. Были опрощены специалисты, имеющие отношение к технологиям, в которых образуются отходы, а так же был проведен их анализ и экологическая оценка. Кроме того, специалистами агрокомплекса были предоставлены данные, касающиеся объемов образующихся отходов и дополнительного сырья, их количественного и качественного состава, предполагаемых для использования в составе субстрата.

На основании этих данных была составлена программа утилизации отходов с получением биогаза.

Предложенное решение

На основании полученных данных, для получения субстрата оптимального состава, необходимого для обеспечения условий анаэробного сбраживания, в добавление к образующимся отходам переработки сахарной свеклы и содержания крупного рогатого скота, было предложено использовать кукурузный силос для повышения углеродной составляющей субстрата.

Таким образом, в состав субстрата, используемого для получения биогаза и минерализованных органических удобрений, входят:

• свекольный жом, образующийся в процессе получения диффузионного сока;
• меласса сахарной свеклы (патока), образующаяся при центрифугировании для отделения сахарозы;
• жидкий навоз крупного рогатого скота;
• кукурузный силос;

На основании имеющихся данных по объему и составу жидкого и твердого субстрата, предназначенных для использования в установке анаэробного сбраживания и получения биогаза, были определены примерный выход биогаза и доля метана, входящая в его состав, а также необходимая мощность установки когенерации, для производства тепловой и электрической энергии. Электрическая энергия используется для технологических нужд, а ее излишек может быть реализован по программе «зеленого тарифа».

На основе этих данных было предложено комплексное решение по утилизации отходов и получению биогаза:

• система подготовки и дозирования жидкого субстрата: приемная емкость, оборудованная миксерными мешалками и камнеловушками, устройства дозирования и подачи субстрата;
• система подготовки и дозирования сухого субстрата: приемный бункер, барабан разжижения, устройства дозирования и подачи субстрата;
• система основного сбраживания субстрата: реактор с двойной мембранной кровлей (куполом) и системой обогрева, с комплектом миксеров на высоких и низких оборотах, в котором установлены контрольно-измерительные приборы и предохранительные клапаны, стенки реактора выполнены из железобетона, с газонепроницаемым покрытием и с теплоизоляцией;
• система последующего сбраживания субстрата: реактор с двойной мембранной кровлей (куполом) и системой обогрева, с комплектом миксеров на высоких и низких оборотах, с увтановленными контрольно-измерительными приборами и предохранительные клапаны, стенки реактора, выполненные из железобетона, имеют газонепроницаемое покрытие и наружную теплоизоляцию;
• система накопления дигестата: лагуна накопления;
• система разделения твердого и жидкого дигестата: шнековый сепаратор;
• система подготовки очистки биогаза: установка десульфуризации активированным углем, система удаления конденсата, биогазоанализатор
• Когенерационная машина.

Предложенная технологическая схема утилизации отходов переработки сахарной свеклы и навоза крупного рогатого скота представлена на рисунке.

В приемную емкость для жидкого субстрата подается меласса и жидкий навоз, а также имеющий высокую влажность свекольный жом, где перемешиваются с помощью усреднительной миксерной мешалки. Для исключения попадания крупных включений, которые могут повредить работе насосов и другого оборудования, всасывающий насос для жидкого навоза оборудован камнеловушками. Дозирование подачи жидкого субстрата производится с помощью контроллеров уровня и клапаных устройств.

Кукурузный силос, прошедший предварительную стадию измельчения, подается в бункер для сухого сырья. Дозирование обеспечивается с помощью взвешивающего бака. Рециркуляционный анаэробный ил подается в барабан разжижения, вместе с частью сухого субстрата. Необходимая степень разжижения сухого субстрата определяется по результатам анализа.

Сухой и жидкий субстрат дозируется непосредственно в основной реактор анаэробного сбраживания, где и перемешиваются в емкости реактора.

Загрузка реактора осуществляется порционно, квазинепрерывным способом, методом нагнетания свежего субстрата и откачивания перебродившей биомассы, которая затем направляется в реактор дображивания. Окончательно сброженный дигестат перекачивается в лагуну накопления. Обезвоживание осадка производится с помощью шнекового сепаратора. Получаемая при этом жидкая фаза дигестата подвергается стерилизации и используется как жидкое органическое удобрение, в котором имеется большое содержание аммонийного азота и фосфатов.

Часть твердого дигестата направляется для разбавления и дозирования в реактор сбраживания, а избыток может быть, использован в качестве твердого органического удобрения, так как содержит большое количество простых углеродных соединений, полученных в результате минерализации органического субстрата. Пребывание субстрата в емкости реактора определяется его анализами, а также составом получаемого биогаза.

Перемешивание субстрата, необходимое для обеспечения контакта бактерий, осуществляющих гидролитическую ферментацию на первой ступени процесса анаэробного сбраживания, проводится с помощью комплекта мешалок, работающих на низких и высоких оборотах, которые могут устанавливаться на разной высоте, в зависимости от требований технологии.

Для наблюдения за ходом процесса устанавливается освещаемое смотровое окно, а для отбора анализов субстрата в основном и дополнительном реакторах, сбраживания и дображивания субстрата, применяются автоматические пробоотборники. Уровень наполнения реактора регулируется и контролируется с помощью датчиков уровня.

Температура процесса и работа систем обогрева реакторов сбраживания и дображивания контролируется с помощью температурных датчиков.

Емкости реакторов сбраживания и дображивания, представляющие собой конструкции, выполненные из железобетона, с газонепроницаемым покрытием и внешней теплоизоляцией, покрыты двойной мембранной кровлей (куполом).

Между внутренней и внешней мембраной закачивается воздух, объем которого определяется количеством вырабатываемого биогаза и позволяет держать мембранную кровлю в постоянно натянутом состоянии.

Благодаря такой конструкции, их внутреннее пространство используется для накопления биогаза, что позволяет избежать капитальных затрат на строительство газгольдера.

Частичная десульфуризация биогаза проводится непосредственно в емкости реактора, за счет введения воздуха, необходимого для обеспечения жизнедеятельности сульфоредуцирующих бактерий, окисляющих сероводород до элементарной серы и ее кислородосодержащих соединений.

Процесс повледующей десульфуризации проводится установке с наполнителем из активированного угля.

Удаление паров воды из биогаза производится с помощью системы удаления конденсата. Для контроля процесса очистки биогаза используется биогазоанализатор.

Для переработки биогаза на электрическую энергию и тепло используется когенерационная машина, представляющая собой автономную энергоустановку, использующую двигатель внутреннего сгорания специальной конструкции.

Очищенный от примесей и готовый к использованию, биогаз подается на установку когенерации, оборудованную линиями регулировки, синхронным генератором и системами охлаждения, для получения электрической энергии и тепла.

В случае аварийной остановки систем переработки биогаза, используется открытая факельная установка, предназначенная для дожига избыточного количества вырабатываемого биогаза.

Контроль работы установки по утилизации отходов и получению биогаза контролируется с помощью контроллерных датчиков уровня, установленных в реакторных, приемных и накопительных емкостях, а также датчиками температуры и уровня рН среды. Кроме того, контроль работы установки по анаэробному сбраживанию отходов и очистке биогаза проводится с помощью биогазоанализатора.

Все системы контроля и управления объединены в единую сенсорную контрольную сенсорную панель, на которой в удобном графическом интерфейсе демонстрируется работа всех установок, и фиксируются контрольные показатели течения технологического процесса. Кроме того эти данные доступны на экране подключенного к панели управления мониторе персонального компьютера, а также в удаленном доступе. Для сервисного обслуживания комплекса используется система SCADA, позволяющая осуществлять мониторинг работы системы и удаленный контроль ее работы, установленный пакетом услуг.

Непрерывность работы всех систем подачи и выгрузки обеспечивается наличием резервных насосов и другого оборудования. Резервные системы заменяют основные насосы и оборудование в случае проведения плановых и капитальных ремонтов, входящих в регламент обслуживания при эксплуатации комплекса по утилизации отходов производства и получению биогаза. Все металлические части установок комплекса по очистке сточной воды изготовлены из коррозионно-стойкой стали. Качество изготовления и сборки всех систем комплекса по получению биогаза, а также применяемых материалов гарантирует его долгосрочность и эффективность его эксплуатации.

В состав сооружений для утилизации отходов и получения биогаза входит следующее оборудование:

Реализованное решение

Предложенное комплексное решение по утилизации отходов предприятия агрокомплекса от переработки сахарной свеклы и содержания крупного рогатого скота с получением биогаза было принято Заказчиком в полном объеме. В ходе запуска комплекса по утилизации отходов и получения биогаза были реализованы все проектные параметры его работы.