Проект цеха для переработки послеспиртовой барды с получением кормового продукта и биогаза

      Технологический процесс комплексной переработки  послеспиртовой барды включает следующие стадии:

      2.1. Подготовка и запуск биореактора.

      2.2. Охлаждение и преацидификация барды с одновременным отстаиванием.

      2.3. Разделение барды центрифугированием.

      2.4. Термофильное анаэробное сбраживание фугата.

      2.5. Отстаивание сброженного фугата.

      2.6. Термообработка кека.

      2.7. Сушка кека.

      2.8. Измельчение, упаковка и маркировка ДБВК.

      2.9. Очистка декантата ультрафильтрацией.

      2.10. Очистка фильтрата обратным осмосом.

      2.11. Очистка биогаза.

      2.1 Подготовка и запуск биореактора.

      Конструкция биореактора должна обеспечить герметичность аппарата. В верхней части UASB-биореактора расположено двухярусное газоилоотделительное устройство. Каждый ярус включает центральный конус и кольцевой конический отбойник у стенки аппарата. У днища аппарата располагается система распределения фугата барды.

      Основным  содержанием процесса запуска является создание условий для спонтанного  развития микробиоты, присутствующей в сбраживаемой массе, увеличения концентрации биомассы, удерживаемой в аппарате, и формирования гранулированного активного ила в нижней зоне биореактора.

      Перед заполнением биореактор продувается в атмосферу диоксидом углерода для вытеснения кислорода воздуха, затем биореактор постепенно заполняют фугатом преацидифицированной барды в течение 4-5 сут. При этом величина рН фугата барды снижается до 3,0-3,5. Подачей нейтрализующего агента (8-10 %-го раствора NaOH) во всасывающую линию циркуляционного насоса корректируют рН сбраживаемого фугата до величины рН 6,5-6,8 при перемешивании циркуляцией. Биореактор инокулируют заранее накопленной на послеспиртовой барде концентратом анаэробного активного ила в количестве 10-15 л/м³ полезного объема биореактора и выдерживают в течение 10-15 сут при закрытом выходе биогаза. При достижении давления в аппарате 
 
 
 
 
 

      8-10 кПа производят отбор биогаза  с расходом, обеспечивающим давление  в аппарате не менее 8 кПа.  В течение 40-45 суток биореактор функционирует в непроточном режиме. При снижении содержания сухих веществ в сбраживаемой массе на 70-75 % биореактор переводят на проточный режим работы  при низкой удельной скорости протока фугата (не более 0,05 сут^-1) и нагрузке по сухим веществам не более 1-2 кг/м³_*сут. Нагрузку по фугату постепенно увеличивают, сохраняя степень биотрансформации сухих веществ фугата не ниже 70 % при регулярном контроле величины рН в биореакторе. Низкая удельная скорость протока среды в период запуска биореактора способствует  формированию хлопьев активного ила в нижней свободной зоне UASB-реактора, которые уплотняются в гранулы в течение 7-9 месяцев, что и определяет продолжительность запуска биореактора. В процессе эксплуатации биореактора концентрация биомассы активного ила в нижней части аппарата постепенно возрастает до 100-120 кг/м³, что приводит к росту производительности биореактора. Общая продолжительность периода выхода биореактора на стабильный режим работы составляет до 1 года.  В практическом плане под завершением запуска понимают достижение биореактором проектной производительности (расход фугата барды 10 м³/ч). После стабилизации процесса производят отбор избыточного активного ила из биореактора в количестве 5-6 л/м³ полезного объема биореактора. Периодичность отбора и объем избыточного активного ила, удаляемого из биореактора, будут определены в ходе отработки технологии в промышленных условиях.

     Величину  рН среды не корректируют, она устанавливается самопроизвольно и может колебаться в пределах 6,0-8,0. При снижении рН ниже 6,0 уменьшают подачу фугата в биореактор вплоть до прекращения подачи и выдержки аппарата без питания до подъема рН.

     В период пуска биореактора важно поддерживать оптимальный температурный режим процесса (50-55°С).

      Об  эффективности процесса метангенерации можно судить по интенсивности выделения биогаза и по цвету сброженной массы на выходе из биореактора.

      Отсутствие  биогаза или его слабое образование  свидетельствует о низкой активности микроорганизмов. В этом случае сброженная масса имеет серый цвет. Причиной низкой интенсивности процеса может быть недостаток микроорганизмов, приводящий к затуханию процесса сбраживания, для возобновления которого требуется инокулирование активным анаэробным илом.

      При избытке питательных веществ  накапливается значительное количество органических кислот, что может привести к снижению активности микроорганизмов. Цвет сброженной массы в этом случае изменяется на черный, а на его поверхности может образоваться белая пленка. Для нормализации процесса требуется корректировка рН среды.

      При нормальном ходе процесса брожения сброженная масса имеет темно-коричневый цвет.

     2.2 Охлаждение и преацидификация барды с одновременным отстаиванием

      Оптимальная температура для термофильного  анаэробного процесса метангенерации составляет 50-55°С. Барда, поступающая на переработку, имеет температуру 90-95 ^оС. Тепло барды используется для поддержания температуры в биореакторе в холодный период года. Для уменьшения затрат на поддержание температурного режима метаногенеза предусматривается теплоизоляция биореактора.

      Горячая послеспиртовая барда из приемника 1 поступает через трубчатый теплоутилизатор 17 в отстойник-преацидификатор 3. Тепло барды используется для поддержания температуры (50^оС) в UASB-реакторе 8.

      В теплое время года избыточное тепло  барды снимается охлаждающей  водой в теплообменном устройстве отстойника-преацидификатора, в котором поддерживается температура 50-55^оС. В отстойнике-преацидификаторе в результате кислотогенеза рН барды снижается до 3,0-3,5. В начальный период пуска производства накопление биомассы кислотогенных бактерий осуществляется выдержкой охлажденной барды в течение 10-11 сут. Процесс разбраживания барды можно ускорить инокуляцией предварительно накопленным анаэробным активным илом. Для этих целей на предприятии целесообразно предусмотреть емкость объемом 30-50 м³, в которой будет накапливаться или храниться накопленный в технологическом процессе активный ил на период запуска биореакторов (преацидификатора и UASB-реактора) после капремонта.

      Осветленная барда отводится в сборник  фугата 7. Осадок преацидифицированной барды (86 % от общего объема барды) декантируется и направляется на обезвоживание в декантерную центрифугу 3.

     2.3 Разделение барды центрифугированием.

        Осуществляется в декантерной центрифуге с получением кека влажностью 68-70 % и фугата.

     2.4 Термофильное анаэробное сбраживание фугата.

      Фугат совместно с декантатом барды подается в UASB-реактор 8. Процедура запуска биореактора осуществляется по пункту ВР.

      UASB-реактор оснащен циркуляционным насосом для периодического перемешивания сбраживаемой массы и вывода избыточного активного ила. Метангенерация осуществляется за счет спонтанно формирующегося гранулированного анаэробного ила и протекает при температуре 50-55 ^оС. Развитие метаногенных бактерий и стабильность работы анаэробного биореактора сильно зависят от значения рН сбраживаемой массы и его постоянства. Метаногенез возможен при изменении рН от 6,0 до 8,5, но оптимальной является величина рН 7,0-8,0. При стабильной работе биореактора рН среды поддерживается в оптимальном диапазоне самопроизвольно и не требует корректировки. Нарушение режимных параметров (превышение нагрузки по сухим веществам более 5 кг/м³*сут.) может привести к снижению рН до уровня ниже оптимального значения (меньше 6,0), что сопровождается повышением содержания летучих жирных кислот в сброженном растворе и уменьшением выхода биогаза. Длительное (более 3-х суток) пребывание при рН≤5 приводит к долговременному нарушению работоспособности системы. При рН>9 метаногенез также прекращается, но при возврате к оптимальным значениям рН процесс быстро возобновляется. При анаэробной переработке фугата в биореакторе контролируются: температура и рН ферментационной среды, давление в аппарате, концентрация биомассы в биореакторе, величина показателя ХПК сброженного раствора, содержание сухих веществ, летучих жирных кислот,  взвешенных веществ.

      В процессе метаногенеза образуется биогаз в количестве 15 м³ на 1 м³ фугата, который накапливается в верхней части биореактора, создавая избыточное давление в биореакторе 8-10 кПа.

      Предусмотрены предохранительные клапаны (поз. ) для автоматического сброса биогаза из биореактора и из газопровода при повышении давления в аппарате сверх допустимого (более 30 кПа). Для обеспечения безопасности процесса производится регулярная проверка исправности предохранительной арматуры.

      Сброженный фугат содержит 30-100 мг/л взвешенных веществ. В ходе запуска биореактор работает без отвода избыточного активного ила. В дальнейшем необходимо периодическое (1 раз в 2-3 суток) удаление осадка из нижней части биореактора. Избыточный активный ил содержит биомассу анаэробных бактерий (источник белка и витамина В₁₂) и направляется сборник кека. Анаэробный ил не содержит патогенов. Может длительно храниться в резервуаре-приемнике (поз.47) без значительного снижения активности и использоваться в качестве инокулята для запуска биореакторов на аналогичных стоках. Избыточный ил может быть возвращен в биореактор при резком увеличении нагрузки по органическим загрязнениям, интоксикации или внезапном выносе части биомассы из аппарата.

      Сброженный раствор выводится из биореактора через гидрозатвор.

      При необходимости выполнения ремонтных  работ биореактор освобождают от сброженной массы и продувают диоксидом углерода из баллона (поз. 42) для исключения образования взрывоопасной смеси метана с воздухом.

     2.5 Отстаивание сброженного фугата.

      Сброженный фугат отстаивается в течение 1,5 ч для удаления взвешенных веществ (вынесенных хлопьев активного ила). Биоосадок имеет кормовую ценность и направляется в сборник кека.

     2.6 Термообработка кека.

      Осуществляется  при температуре 80-90 ^оС и времени выдержки 30 мин с целью инактивации клеток и облегчения процесса удаления внутриклеточной влаги. Нагревание массы осуществляется острым паром. Сборник кека оснащен обратным холодильником для предотвращения выброса паров в атмосферу.

     2.7 Сушка кека.

      Производится  в роторно-дисковой сушилке конвективного  типа. Греющим агентом является насыщенный пар с давлением 0,5 МПа. Влажность  исходной смеси должна быть не ниже 70 %. Остаточная влажность сухого продукта – не выше 10 %. При необходимости  начальная влажность исходной смеси  корректируется добавлением в смеситель  сухого продукта.

     2.8 Измельчение, упаковка и маркировка ДБВК.

      Продукт после сушки измельчают в дробилке и упаковывают в бумажные непропитанные  трех-четырехслойные закрытые (с клапаном) сшитые или склеенные мешки. Масса мешка с продуктом 15-30 кг.

      Допускается гранулированный продукт не упаковывать.

      На  каждую единицу упаковки наносится  маркировка, содержащая следующие реквизиты:

• наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак;
• наименование продукта;
• вид продукта (порошок или гранулы);
• номер технических условий;
• номер партии;
• масса нетто;
• дата изготовления;
• гарантийный срок хранения;
• манипуляционный знак «Боится сырости»;

      Допускается транспортировать упакованную в мешки ДБВК в автомобилях с открытым кузовом. По согласованию с потребителем допускается транспортировать гранулированный продукт в неупакованном виде в крытых железнодорожных вагонах, а также перевозить все виды ДБВК насыпью специализированным автомобильным транспортом типа «Кормовоз».

      Добавку белково-витаминную кормовую хранят в сухом проветриваемом помещении, защищенном от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей, отдельно от ядохимикатов.

     2.9 Очистка декантата ультрафильтрацией.

      Декантат из отстойника поступает на первую ступень очистки в мембранной ультрафильтрационной установке типа «Сокол-М». Из раствора в виде концентрата удаляются органические соединения с большой молекулярной массой, в том числе биологически активные вещества. Концентрат направляется в сборник кека.

     2.10 Очистка фильтрата обратным осмосом.

      Фильтрат  с ультрафильтрационной установки подвергается дополнительной очистке на мембранной установке обратного осмоса типа «ROF». Из раствора удаляются низкомолекулярные органические и неорганические соединения. Очищенная вода направляется в основное производство. Концентрат низкомолекулярных соединений направляется на очистные сооружения.

     2.11 Очистка биогаза.

      Выделяющийся  биогаз отводится в «сухой» газгольдер 11, рассчитанный на 3-х часовой резервный запас биогаза, и направляется в адсорбер 13 для очистки от сероводорода. Биогазопровод оснащается автоматически действующей факельной свечой для аварийного сжигания избытка биогаза и устройствами для отвода конденсата, устанавливаемыми в низких участках газопровода. Содержание серводорода в биогазе может колебаться в пределах 0,2-2 %. Сероводород ускоряет коррозию материала оборудования, приводит к загрязнению атмосферы оксидами серы при сжигании биогаза. Установка для очистки биогаза от сероводорода включает две попеременно работающие адсорбционные колонки, заполненные оксидом железа с размером частиц 10-20 мм или специальной металлической «губкой», состоящей из оксида железа и деревянной стружки. 1 кг оксида железа сорбирует около 250 г сероводорода. С помощью 0,035 м³ металлической губки можно извлечь 3,7 кг серы. Если содержание сероводорода в биогазе составляет 0,2%, то этим объемом металлической губки можно очистить 2500 м³ биогаза. Непрерывная работа установки обеспечивается за счет адсорбции сероводорода в одной колонке и регенерации адсорбента продувкой воздухом в другой колонке. После каждой регенерации емкость сорбента снижается в среднем на 15 %, что и обуславливает срок службы сорбента. Очищенный биогаз поступает в котельную для получения технологического пара или используется для получения электроэнергии.