NO150476B - Fremgangsmaate og alegg for behandling av dyremoekk - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et anlegg for behandling av dyremøkk, spesielt fra kveg, sauer og griser,

ved hvilken man fortynner dyremøkka,. innfører den erholdte flytende blanding i en bioreaktor for å danne biogass, skiller de faste dyremøkkpartikler fra væsken og tørrer de utvundne dyremøkkpartikler i en tørker med brenner som forsynes med den biogass som utvikles i bioreaktoren, idet i det minste en del av den fraskilte væske resirkuleres og anvendes for fortynning av møkka. Ved fremgangsmåten oppnåes proteinrike materialer som kan anvendes som forstoff for husdyr og materialer som kan anvendes som gjødsel.

Et anlegg for en slik prosess er beskrevet i US patentskrift nr. 3 838 199. I dette anlegg må den flytende blanding, som har et faststoffinnhold på minst 10%, holdes i 12 h- dager i bioreaktoren, og all restvæsken resirkuleres. Et slikt anlegg vil imidlertid bare kunne funksjonere med meget ren dyre-møkk, dvs. dyremøkk som er fri for halm eller andre vegetabilske og mineralske forurensninger. I praksis vil imidlertid slike forurensninger alltid være tilstede. På den annen side er den væskemengde som resirkuleres, for stor og fører raskt til kvelning av anlegget som følge av et overskudd av mineral-salterJDenne kvelning antas å finne sted i løpet av ca. 15

dager. Dessuten er oppholdstiden i bioreaktoren for lang. Ikke bare krever denne lange oppholdstid en meget stor gassbeholder, men der dannes i bioreaktoren et flytende lag av døde bakterier som blokkerer systemet. Sluttelig er det ikke gjort noe forsøk på å løse det viktige problem med behandling av ammoniakken.

En lignende fremgangsmåte, men uten resirkulering av restvæsken, er beskrevet i US patentskrift nr. 3 973 043. Det er også her forutsatt at den flytende blanding inneholder minst 10 vekt% faststoffer. Oppholdstiden i bioreaktoren er minst 10 dager. Det er nødvendig å tømme bioreaktoren med jevne mellomrom, hvilket nødvendiggjør stansning av prosessen i anlegget. Det forutsettes å anvende restmaterialet fra den

aerobe fermenteringsprosess i den erholdte tilstand som forstoff for husdyr, hvilket innebærer et faremoment, fordi restmaterialet ikke er sterilt. Det tas likeledes sikte på å anvende restvæsken direkte som gjødsel. Anvendelse av disse væsker medfører imidlertid den risiko at jordsmonnet nitrifieres.

Dessuten kan man ofte risikere at transporten av disse væsker forbys, fordi de ikke er sterile.

En fremgangsmåte ved nitrifiering/denitrifiering av vann er foreslått i fransk patentskrift nr. 898 669. Denne fremgangsmåte lar seg imidlertid kun anvende på drikkevann med et mindre innhold av ammoniakk. Imidlertid vil man i et anlegg som det ifølge oppfinnelsen ha å gjøre med meget store kon-sentrasjoner av ammoniakk i restvæsken. I det kjente anlegg benyttes der et nitrifieringsapparat som er fylt med sand. Dette medfører den ulempe at sanden tilbakeholder faststoffer og må vaskes med jevne mellomrom. Ved hjelp av oppfinnelsen tas det sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte og et anlegg for dens utførelse, hvilke er effektive og gir gode utbytter under praktiske forhold, samtidig som enhver risiko for blok-kering eller kvelning elimineres ved at oppholdstiden i bioreaktoren reduseres. Likeledes tas det sikte på å oppnå sterile behandlede materialer, spesielt et sterilt og denitrifiert avvann som uten videre kan slippes ut i det offentlige kloakk-system.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen , som er av den inn-ledningsvis angitte art, og som er særegen ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av krav 1, gjør det mulig å nå disse målsetninger.

En kombinasjon av en findeling av dyremøkka, regulering av blandingen, begrensning av konsentrasjonen til høyst 4% og oppvarmning av bioreaktoren ved hjelp av kondensatet har gjort det mulig å redusere op<p>holdstiden i bioreaktoren til 4 dager, og sogar mindre i enkelte tilfeller, og denne oppholdstid på 4 dager gjør det mulig å oppnå en gassproduksjon på 200 ml/g. Dette resultat.er ekvivalent med 24 dager ifølge de kurver som er opptegnet av professor W. Baader, Braunschweig, og som er publisert i "Biogaz in Théorie und Praxis", KTBL. Dannelsen av methan begynner sogar den første dag. Varmeenergien fra tør-kingen utnyttes direkte og fullt ut, gjennom såvel vanndampen som dennes kondensat, først i bioreaktoren og så i det til-hørende nitrifierings-/denitrifieringsanlegg, hvor det er nød-vendig med varmetilførsel.

Oppfinnelsen angår likeledes et anlegg, som angitt i krav 3, for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Dette anlegg omfatter fortrinnsvis oxydasjonsbassenger utstyrt med rister nom øker bassengenes effektive biologiske overflate og muliggjør behandling av væsker med meget høyt ammoniakkinn-hold.

De erholdte produkter, som fåes i form av fine, tørre dyremøkkpartikler, filamenter, fibere og slam, kan selges hver for seg eller blandes etter ønske.

En foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten skal nu beskrives som et eksempel, under henvisning tii den vedføyede tegning, hvor fig. 1 skjematisk viser anlegget for utførelse av fremgangsmåten, mens fig. 2 skjematisk viser det tilkoblede anlegg for nitrifiering og denitrifiering.

Ubehandlet dyremøkk fra husdyrholdere og oppdrettere innføres i en beholder 1. Den finmales så i en spesialmølle 2, som fortrinnsvis er en universalmølle av typen BREMEY, tilvirket av Meyer Muhlenbau AG, Soleure (Sveits). Denne har den fordel at den ikke kutter materialet men river det opp, hvorved materialets overflateareal øker og det sikres et mer effektivt angrep av nedbrytningsorganismene. Den malte dyremøkk kondi-sjoneres i et blandebasseng 3 hvor den tilsettes væske, f.eks. vann, slik at der fåes en flytende blanding med et faststoffinnhold på høyst 4%, fortrinnsvis 2-3%,' hvilket betinger en gunstig bioreaksjon i bioreaktoren. De tunge partikler, spesielt sandpartikler, fraskilles ved dekantering under oppholdet i beholderen 1.

Den flytende blanding fra blandebasseng 3 inneholder en stor mengde vegetabilske filamenter og fibere fra halm og likeledes andre lette fremmedstoffer. Disse materialer fraskilles på i og for seg kjent måte i en separator 4, f.eks.

ved sentrifugering, mekanisk dekantering eller fIotasjon. En langsomt roterende transportskrue kan også benyttes for dette formål. De faste materialer som således fraskilles ved 5, inneholder ca. 20% proteiner. Bare filamentmaterialene inneholder 70% albumin som kan fordøyes av kveg. Væsken, som fortsatt inneholder fine dyremøkkpartikler og likeledes filamenter og andre ikke fraskilte partikler, føres til en i og for seg kjent bioreaktor 6 for dannelse av biogass, dvs. methan 7.1

de hittil kjente anlegg regner man med en oppholdstid på 10 dager

i bioreaktoren med tanke på methanproduksjonen• Takket være tilstedeværelsen av carbonholdige elementer har det imidlertid vært mulig å redusere denne oppholdstid i vesentlig grad med bibeholdelse av den samme gassproduksjon. Inntil nu har man kunnet redusere gjennomgangstiden med 60%. Væsken med de oppslemmede materialer som tas ut av bioreaktoren ved 8, føres så til en separator 9, som f.eks. kan være en separator av samme type som separatoren 4, for å fraskille alle faste materialer, hvilke tørres i en tørker 10, fortrinnsvis en platetørker fra Stord Bartz AS, Bergen. Denne omfatter en brenner 11 som til-

føres methan dannet i bioreaktoren 6. I separatoren 9 fraskilles ytterligere en viss mengde filamenter 12 som har proteininnhold på ca. 5%. Disse filamenter består av ufordøyede fibere med meget små celler, som lett flyter på væsken.Den fraskilte væske 13, som fortsatt inneholder salter og ufordøyede organiske materialer resirkuleres til blandebassenget 3, hvor den utgjør den tilsetning av væske som er nødvendig for å opprettholde konsentrasjonen av den flytende blanding på høyst 4%. Den væske 14 som ikke anvendes, føres til et anlegg 15 for nitrifiering/denitrifiering av avvannet. Dette anlegg vil bli beskrevet i detalj senere, under henvisning til fig. 2.

Vanndampen 16, som utvikles i tørkeren 10 kondenseres

i én spiral 17 anordnet i bioreaktoren 6. Denne vanndamp av-

gir således den varmemengde som er nødvendig for å bringe reaktorens innhold til en temperatur som er optimal for reaktorens funksjonering. Kondensatet 18, som inneholder ammoniakk, føres til nitrifierings-/denitrifieringsanlegget 15.

Det tørre materiale som tas ut av tørkeren 10-, finmales

på ny i en mølle 19, som er av samme type som møllen 2, hvor-etter det eventuelt blandes i en blander 20, f.eks. en skrue-blander, med kjemiske tilsetningsmidler 21, hvis funksjon er å forbedre kvaliteten av den erholdte gjødsel. En del av fibrene og filamentene som er blitt fraskilt tidligere i prosessen,

kan likeledes tilsettes blandingen ved 22.

Fremgangsmåten ved nøytralisering av ammoniakken ved. nitrifiering/denitrifiering, som anvendes på den ikke resirkulerte restvæske, kan generelt anvendes på alle typer avvann.

Man har konstatert at ammoniakkonsentrasjoner som overskrider

200 mg/l hemmer den normale nedbrytningsprosess- i anlegg .for behandling av avvann. Innen rensningsteknikken er imidlertid nitritt regnet som en gift. Det er derfor hensiktsmessig å

nøytralisere ammoniakk og nitritt gjennom omdannelse. Denne operasjon utføres ved bakteriell nedbrytning eller biosynose, dvs. ved innvirkning av bakterier. De nitrifierende bakterier er autotrofe organismer som kun gjør bruk av mineralske materialer i sitt stoffskifte. Arten nitrosomone bryter ned ammon-iumets (NH4+)bindinger ved å avstedkomme omdannelse til nitritter, mens arten nitrobacter oxyderer nitrittene til nitrater. Disse biologiske reaksjoner forløper optimalt ved temperatur 30°C og pH 7,5.

Nitrifierings- og denitrifieringsanlegget som er vist skjematisk på fig. 2, utgjøres i hovedsak av to like enheter I og II som funksjonerer på samme måte. Enheten I omfatter et oxydasjonsbasseng 24 og et dekanteringsbasseng 25 som funksjonerer i et lukket kretsløp. Oxydasjonsbassengeis 24 spesi-fikke overflate er øket kunstig ved anvendelse av rister 26

som utgjør en holder på hvilken diverse bakterier og alger kan formere seg. Derved økes bassengenes biologiske overflate. Bassenget kan oppvarmes ved hjelp av heteelementer 27. Av-

vannet som skal behandles,, oppsamles i en Ibeholder 28, fra hvilken det pumpes ved hjelp av en pumpe 29 til oxydasjonsbassenget 24. Oxygenet som er nødvendig for den bakterielle nedbrytning i bassenget 24 tilføres ved hjelp av en pumpe 30,

en rørledning 31 og en spreder 32. For å homogenisere miljøet er det dessuten anordnet en rører 33 som drives av en motor 34. Bunnen av oxydasjonsbassenget 24 er forbundet med inntaket til dekanteringsbassenget 25 ved hjelp av en ventil 35, en rørledning 36 og en pumpe 37 som sikrer sirkulasjon av væsken. Returen fra dekanteringsbassenget 25 til oxydasjonsbassenget

24 besørges gjennom en rørledning 38 etter prinsippet med kommuniserende kar. En termostat 39 anbragt i rørledningen 36 regulerer heteelementene 27 på en slik måte at det opprett-holdes en temperatur av størrelsesordenen 27-30°C i oxydasjonsbassenget 24, idet denne temperatur er ideell for nitrifieringen. Dekanteringsbassenget 25 tjener til å skille vannet fra det slam som dannes av de alger og bakterier som er utviklet som følge av de forskjellige forurensninger. Dekanteringsbassenget 25 er av kjent konstruksjon. Det omfatter to hvilesoner hvor vannets sirkulasjonshastighet og vannets bevegelser er praktisk talt null. Den ene hvilesone befinner seg i det nedre parti 40 av bassenget og det andre i det øvre parti 41, mellom bassengets sylindriske yttervegg og en neddykket sylindrisk vegg 42. Slammet avsettes i sonen 40, mens vannet samler seg i sonen 41, som også kalles klaringssone, Det oppsamlede vann, som er skilt fra slammet, strømmer ut gjennom en ringformet kanal 43. Det fraskilte slam kan oppsamles i en oppsamlingsbeholder 45 ved hjelp av en ventil 44, mens vannet som oppsamles ved 43, strømmer fritt'ned i en mellombeholder 46, fra hvilken det ved hjelp av en pumpe 47 føres til oxydasjonsbassenget 48 i den andre enhet. Oxydasjonsbassenget 48 er likt med oxydasjonsbassenget 24. Likeledes er dekanteringsbassenget 49 likt med dekanteringsbassenget 25. Den andre enhet II skiller seg fra den første "enhet I kun ved tilstedeværelsen av en innretning 50 for måling av pH-verdien, anordnet i grenledning fra returledningen 51

og tilkoblet en skriver 52 som kontinuerlig registrerer pH-vérdien, og ved en natronlutbeholder 53 forbundet med en ventil 54 som muliggjør tilsetning av hatronlut til bassenget 48 for regulering av pH-verdien. Ventilen 53 reguleres automatisk av innretningen 50 for måling av pH-verdien.

Slammet som dannes i dekanteringsbassenget 49, er meget lett, og en del av dette slam har tendens til å rives med

ved flotering og bringes til den øvre del av bassenget. Dette slam fraskilles i et sekundært dekanteringsapparat 51, og det behandlede avvann oppsamles i en oppsamlingsbeholder 56, fra hvilken det tas ut gjennom en kanal 57.

Driftsbetingelsene i dette nitrifierings- og denitrifieringsanlegg avhenger hovedsakelig av væsken som skal behandles, spesielt av innholdet av organiske forbindelser og ammoniakkinnholdet.

Dersom innholdet av organiske forbindelser er høyt,

vil den første enhet for en stor del tjene til å nedbryte disse organiske forbindelser. Det er først når de organiske forbindelser er forbrukt, at nedbrytningen av ammoniakken tar til. Alt etter ammoniakkinnholdet må man da enten føye til en tredje enhet som er lik dé to første, eller redusere gjennomstrømningen.

Dersom'innholdet av organiske forbindelser er lavt,

kan nedbrytningen av ammoniakkén lett avstedkommes i den første enhet, dersom bakteriene er tilpasset for dette. Man kan da velge gjennomstrømningshastigheten etter ammoniakkkonsentra-

sjonen, og dersom denne er meget høy, tilføye en tredje enhet identisk med de to første enheter.

Det er blitt utført forsøk i laboratoriet med et anlegg hvor parametrene var som følger:

Dette nitrifierings- og denitrifieringsanlegg adskiller seg fra de kjente anlegg ved den store væskegjennomstrømning, ved temperaturområdet i hvilket det drives, ved den grad i hvilken innvirkningen av carbon er eliminert■.og ved omdannelsen av nitrogenet i nærvær av visse mengder svovel. Restslammet utgjøres av proteiner som kan anvendes som forstoff for husdyr.

For den totale fremgangsmåte for behandling av dyremøkk er de følgende verdier blitt målt: For en frisk dyremøkk med 17% faststoffinnhold, dvs. inneholdende 83% væske, fåes i suspensjonen som tilføres bioreaktoren, 6,7% oppslemmede faststoffer. Faststoffene som til-bakeholdes i oppløsningen i en mengde av 7%, kan teoretisk omdannes mikrobiologisk således at innholdet av faststoffer reduseres til 4,83%. Analyseresultatene viser åt 63% av disse faststoffer omdannes til gass, mens resten, dvs. 37%, forblir i.væsken 8 som tas ut fra bioreaktoren. I denne væske finnes 0,35% proteiner, svarende til et proteininnhold på 19,8% i tørrstoffet.

Bioreaktoren er i stand til å tilveiebringe mellom

80 og 120% av den energi som er nødvendig for tørkingen eller fordampningen av overskudd av vann. Kondenseringen av vanndampen fra tørkeren i bioreaktoren og oppvarmningen av den biologiske masse i bioreaktoren, øker temperaturen med 40% ved inntaket til tørkeren. Den kalde væske som føres inn i bioreaktoren, strømmer således ut av denne ved en temperatur på ca. 35°C.

Den energimengde som derved spares, er således betydelig.

Materialbalansen for anlegget er omtrent som følger: 1000 kg dyremøkk med 17% tørrstoffinnhold gir 100-120 kg pro-teinholdige filamenter som direkte kan fraskilles ved sentrifugering eller dekantering eller frafiltreres.

I den gjenværende suspensjon inneholdende 7 0 kg/m 3 i 5,3% oppløsning fåes ca. 80 kg materiale i form av filamenter, cellulose, mineraler og diverse rester, foruten albumin og oppslemmede forurensninger. 30% av de 70 kg/m 3 i 5,3% oppløs-ning omdannes biologisk til methan, CO^, syrer, proteiner,

vann og nitrogenforbindelser.

Etter gjennomgangen gjennom bioreaktoren blir der i til-legg til restvæsken tilbake ca. 150-180 kg utnyttbart materiale, dvs. salgbart materiale.

Økningen fra de 150 kg materiale som utvinnes pr. tonn dyremøkk til de 150-180 kg som utvinnes pr. tonn, skyldes bio-synosen i bioreaktoren.

Slammet som ved 2 3 utvinnes fra nitrifierings- og denitrifieringsanlegget 15 for avvannet inneholder inntil 9 0% albumin som kan fordøyes av husdyr. Dette slam kan selges som forstoff sammen med fibrene utskilt ved 5 og 12 eller blandes med det tørre produkt som fåes fra tørkeren i den hensikt å få et større volum. Alt etter markedsforholdene' kan man tilsette eller ikke tilsette cellulosepartiklene eller filamentene som ble fraskilt på et tidligere trinn. Det tørre produkt kan pakkes i sekker eller samles i dynger for salg.

Fremgangsmåten utmerker seg således ved stor fleksibili-tet som gjør det mulig å kompensere for fluktuasjoner i markedet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved behandling av dyremøkk, ved hvilken man fortynner dyremøkka, innfører den erholdte flytende blanding i en bioreaktor for å danne biogass, skiller de faste dyremøkkpartikler fra væsken og tørker de utvundne dyremøkk-partikler i en tørker med brenner som forsynes med den biogass som utvikles i bioreaktoren, idet i det minste en del av den fraskilte væske resirkuleres og anvendes for fortynning av dyremøkka, hvorved det erholdes proteinrike materialer som kan anvendes som forstoff for husdyr og materialer som kan anvendes som gjødsel, karakterisert ved at dyremøkka findeles, at konsentrasjonen av blandingen av dyremøkk og væske holdes på en verdi som er høyst 4%, at man fra den flytende blanding skiller filamentene, fibrene og andre materialer som ikke egentlig utgjør noen del av dyremøkka, før blandingen innføres i bioreaktoren, at man aktiverer bioreaksjonen ved hjelp av varmeenergien fra vanndampen utviklet under tørkningen, at man underkaster den ikke resirkulerte restvæske fra tørkningen en nitrifierings-/denitrifieringsbehandling ved bakteriell nedbrytning og oxygenering og ved fraskillelse av slammet ved dekantering, idet det foretas resirkulering av den dekanterte væske, ved regulert temperatur og pH under oppvarmning av restvæsken ved tilsetning av kondensatet fra vanndampen, utviklet under tørkningen, at man etter behov resirkulerer en del av det denitrifierte,steriliserte og demineraliserte vann til utgangsblandingen for å redusere dennes konsentrasjon, og at man utvinner restslammet, som er rikt på proteiner.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man blander i det minste en del av de fraskilte fibere og filamenter med det faste, tørrede produkt.

3. Anlegg for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en universal-mølle (2) for findeling av dyremøkka, et blandebasseng (3) som tilføres væske, en. første separator (4) hvor de vegetabilske filamenter og fibere som stammer fra halm, fraskilles, en bioreaktor (6) en andre separator (9) til hvilken man fører den flytende blanding som tas ut fra bioreaktoren, en tørker (10) omfattende en brenner (11) som tilføres methanet som dannes i bioreaktoren, en spiral (17) anordnet i bioreaktoren og i hvilken den i tørkeren utviklede vanndamp kondenseres,Qg en rørledning (13) som forbinder den andre separator (9) med blandebassenget (3) for å forsyne denne med resirkulert restvæske, hvilken rørledning har en forgrening (14) som munner ut i et nitrifierings-/denitrifieringsanlegg (15) omfattende minst to seriekoblede enheter (I, II) som hver omfatter et oxydasjonsbasseng (24,48) og et dekanteringsbasseng (25,49) som er innbyrdes forbundet i et lukket kretsløp, idet hvert av oxydasjonsbassengene omfatter innretninger (31) for til-førsel av luft, og den første enhet (I) behandler de organiske forbindelser mens den andre enhet (II) behandler ammoniakken, idet også spiralen (17) munner ut i nitrifierings-/denitrifieringsanlegget.

4. Anlegg ifølge krav 3, karakterisert ved at oxydasjonsbassengene (24, 48) inneholder rister (26) i den hensikt å øke bassengenes biologiske overflate.