RU2644013C2

RU2644013C2 - Method for producing environmentally friendly mineral-organic fertilisers with methane fermentation at biogas stations

Info

Publication number: RU2644013C2
Application number: RU2014119974A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Голубев; Юрий Иванович Шишков; Андрей Константинович Ершов
Original assignee: Владимир Викторович Голубев
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2018-02-07
Also published as: RU2014119974A

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method for producing ecologically friendly mineral-organic fertilisers, using methane fermentation performed by the biocoenosis of anaerobic bacteria, includes: 1) cavitation treatment of a liquid fraction of manure or sewage; 2) separately preparing structured and biologically active water; 3) diluting the structured and biologically active water in an anaerobic bioreactor; 4) preparing a solution of biologically active substances (BAS); 5) filling the bioreactor with the solution of BAS with careful stirring; 6) introducing a sowing material into the bioreactor to carry out methane fermentation; 7) carrying out methane fermentation in mesogenic regime; 8) drying the produced biogas; 9) obtaining return process water; 10) directing the first biological filter with sedimented solid particles to a sludge tank for release from sediment directed for making an ecologically friendly organic fertiliser; 11) obtaining physiologically full-fledged drinking water; 12) organic fertiliser composition control for environmental compliance.

EFFECT: invention makes it possible to obtain environmentally friendly mineral-organic fertilisers with the possibility of obtaining physiologically full-fledged drinking water.

4 ex

Description

Изобретение относится к технической биоэнергетике и касается получения биогаза путем метанового сбраживания органических веществ сточных вод агропромышленного комплекса, в частности, жидкой фракции навоза животноводческих ферм, а также отходов растительного и животного происхождения микробиологической и пищевой промышленностей, легкой промышленности (текстильная, кожевенная, переработка шерсти), сточной воды жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Метановое брожение сточных вод с органическими загрязнителями касается и одновременного получения биологически активной питьевой воды и минералоорганических удобрений.The invention relates to technical bioenergy and relates to the production of biogas by methane digestion of organic substances from wastewater of the agro-industrial complex, in particular, the liquid fraction of manure from livestock farms, as well as waste from plant and animal origin of the microbiological and food industries, light industry (textile, leather, wool processing) , sewage of housing and communal services. Methane fermentation of wastewater with organic pollutants also applies to the simultaneous production of biologically active drinking water and mineral fertilizers.

Достижения научно-технического прогресса коррелируют с ростом антропогенных изменений в природе. Немалую роль в этом оказали в первую очередь отходы сельского хозяйства, в частности, животноводческих ферм. Важно отметить, что животноводство во всем мире представляет собой самый большой антропогенный источник метана, который приблизительно в 23 раза опаснее для климата, чем СО₂. Метан - парниковый газ и им до 20% обусловлен парниковый эффект, поскольку в атмосфере он под воздействием солнечных лучей, озона и радикалов медленно окисляется на СО₂ и Н₂О.Achievements of scientific and technological progress correlate with the growth of anthropogenic changes in nature. A significant role in this was played primarily by agricultural waste, in particular livestock farms. It is important to note that livestock production worldwide is the largest man-made source of methane, which is about 23 times more dangerous for the climate than _CO2. Methane is a greenhouse gas and accounts for up to 20% of the greenhouse effect, since in the atmosphere it is slowly oxidized to CO ₂ and H ₂ O under the influence of sunlight, ozone and radicals.

Сельское хозяйство относится к основным потребителям пресной воды, запасы которой в мире неуклонно снижаются. Подсчитано, что ресурсы пресной воды могут быть исчерпаны уже в этом столетии. Дефицит пресной воды в мире - прежде всего следствие безвозвратного ее потребления, все возрастающего загрязнения природных вод агропромышленными и бытовыми стоками, а также необходимостью многократного разбавления ею сточных вод перед сбросом их в водоемы. Сточные воды в большинстве случаев представляют сложную физико-химическую систему. Например, жидкая фракция навоза крупного рогатого скота (КРС) кроме значительного количества растворенных загрязнителей органической и неорганической природы содержит трудно разлагаемые лигноцеллюлозные частицы навоза, а также микробные загрязнители и яйца гельминтов. Наряду с загрязнением гидросферы, животноводческие стоки оказывают отрицательное влияние на качество атмосферного воздуха, поскольку они являются источниками разнообразных газов со специфическим запахом, например, выделяют в атмосферу из навозохранилищ загрязняющие атмосферу газообразные вещества (сероводород, аммиак), обусловливают попадание в воздушную среду микробных загрязнителей сточной воды, которые могут вызвать более 100 заболеваний животных. Эти микробные загрязнители воздушного бассейна также негативно влияют на человека.Agriculture is one of the main consumers of fresh water, whose reserves in the world are steadily declining. It is estimated that fresh water resources may be exhausted already in this century. The shortage of fresh water in the world is primarily a consequence of its irrevocable consumption, increasing pollution of natural waters by agro-industrial and domestic wastewater, as well as the need to repeatedly dilute wastewater before discharging it into water bodies. Wastewater in most cases is a complex physico-chemical system. For example, the liquid fraction of cattle manure (cattle), in addition to a significant amount of dissolved pollutants of organic and inorganic nature, contains difficult to decompose lignocellulosic particles of manure, as well as microbial contaminants and helminth eggs. Along with the pollution of the hydrosphere, livestock runoff has a negative effect on the quality of atmospheric air, since they are sources of various gases with a specific odor, for example, they emit gaseous substances (hydrogen sulfide, ammonia) into the atmosphere from manure storages, cause microbial pollutants to enter the air water that can cause more than 100 animal diseases. These microbial air pollutants also negatively affect humans.

В природе деструкция сложного комплекса органических загрязнителей сточных вод принадлежит микроорганизмам, обитающих на различных экологических нишах и вовлекающих их в свой метаболизм. Важно отметить, что с помощью аэробной очистки не всегда удается добиться полной биодеструкции органических загрязнителей сточных вод.In nature, the destruction of a complex complex of organic wastewater pollutants belongs to microorganisms that live in various ecological niches and involve them in their metabolism. It is important to note that using aerobic treatment it is not always possible to achieve complete biodegradation of organic wastewater pollutants.

Вместе с тем, фундаментальные исследования в области трансформации микроорганизмами сложного комплекса органических соединений сточной воды привели к созданию экологически безопасной и экономически выгодной природоохранной технологии - анаэробной биологической очистки сточных вод, осуществляемой анаэробным активным илом, представляющим собой, биоценоз анаэробных бактерий, осуществляющих метановое сбраживание концентрированных органических субстратов. Конечными продуктами метанового брожения сточных вод с органическими загрязнителями являются биогаз с содержанием метана до 70% и более, а также вода, частично очищенная от органических загрязнителей. По теплоте сгорания 1,0 м³ биогаза эквивалентен 0,8 м³ природного газа; 0,7 кг мазута; 0,6 кг бензина и 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии; из 1 м³ биогаза генератор может вырабатывать до 2 кВт электроэнергии). Следует иметь в виду, что потенциал органических субстратов, который можно использовать для выработки биогаза составляет около 86% для сельского хозяйства и около 8% для коммунальных отходов и пищевой промышленности.At the same time, fundamental research in the field of transformation by microorganisms of a complex complex of organic wastewater compounds has led to the creation of an environmentally friendly and cost-effective environmental technology - anaerobic biological wastewater treatment carried out by anaerobic activated sludge, which is a biocenosis of anaerobic bacteria that carry out methane digestion of concentrated organic organics substrates. The final products of methane fermentation of wastewater with organic pollutants are biogas with a methane content of up to 70% or more, as well as water partially purified from organic pollutants. The calorific value of 1.0 m ^{3 of} biogas is equivalent to 0.8 m ^{3 of} natural gas; 0.7 kg of fuel oil; 0.6 kg of gasoline and 1.5 kg of firewood (in absolutely dry condition; from 1 m ^{3 of} biogas, the generator can generate up to 2 kW of electricity). It should be borne in mind that the potential of organic substrates that can be used for biogas production is about 86% for agriculture and about 8% for municipal waste and food industry.

Метановое брожение проводится в анаэробном биореакторе и, как уже отмечалось, осуществляется сложным биоценозом анаэробных бактерий, условно разделяющихся на углеводсбраживающие, аммонифицирующие, сульфатвосстанавливающие и метанобразующие (метаногены). Последние непосредственно проводят заключительную стадию конверсии органических веществ сточной воды в метан. В конце метанового брожения наблюдается существенное снижение содержания в сточной воде органических веществ и небольшое уменьшение образовавшихся в начале процесса брожения летучих жирных кислот (ЛЖК), общего азота, аммиака. Наряду с конверсией органических загрязнителей при метаногенезе на 50% сокращается содержание растворимых солей тяжелых металлов. Интересно отметить, что в процессе метанового брожения вся микрофлора и яйца гельминтов сброженной сточной воды погибают.Methane fermentation is carried out in an anaerobic bioreactor and, as already noted, is carried out by a complex biocenosis of anaerobic bacteria, conventionally divided into carbohydrate-fermenting, ammonifying, sulfate-reducing and methane-forming (methanogens). The latter directly carry out the final stage of the conversion of wastewater organic substances into methane. At the end of methane fermentation, there is a significant decrease in the content of organic substances in wastewater and a slight decrease in the volatile fatty acids (VFA), total nitrogen, and ammonia formed at the beginning of the fermentation process. Along with the conversion of organic pollutants during methanogenesis, the content of soluble salts of heavy metals is reduced by 50%. It is interesting to note that in the process of methane fermentation, all microflora and helminth eggs of the fermented waste water die.

Важно отметить, что характер сбраживаемого субстрата и условия, создаваемые в анаэробном биореакторе, определяют преобладание тех или иных видов анаэробных бактерий, участвующих в метановом брожении. Однако ключевую роль играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Methanomicrobium и другие. В настоящее время выявлено до 40 видов метанобразующих бактерий, которые филогенетически весьма неоднородны, но в то же время имеющие ряд общих особенностей. Это касается состава клеточной стенки, транскрипции и трансляции, простетических групп ферментов, механизма автотрофной фиксации СО₂, а также способа получения энергии из возобновляемого сырья, т.е. донором водорода могут быть органические вещества среды. Надо отдать должное метаногены используют в энергетических реакциях только простые соединения: низшие жирные кислоты и соответствующие спирты.It is important to note that the nature of the fermented substrate and the conditions created in the anaerobic bioreactor determine the predominance of certain types of anaerobic bacteria involved in methane fermentation. However, the methane archaea of the genera Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Methanomicrobium, and others play a key role. Currently, up to 40 species of methane-forming bacteria have been identified, which are phylogenetically very heterogeneous, but at the same time having a number of common features. This applies to the composition of the cell wall, transcription and translation, prosthetic groups of enzymes, the mechanism of autotrophic fixation of CO ₂ , as well as the method of obtaining energy from renewable raw materials, i.e. the hydrogen donor may be organic matter. We must pay tribute to the methanogens used in energy reactions only simple compounds: lower fatty acids and the corresponding alcohols.

Большинство метаногенов мезофиллы с оптимумом роста в интервале 34-36°С и рН 6,5-7,5, хотя имеются термофилы (55-57°С). Поскольку метаногены строгие анаэробы и кислород для них является ядом, то активность их роста и развития зависят от показателя окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) среды. Установлено, что они активно растут и развиваются при ОВП около - 300 мВ. В зависимости от производственной потребности процесс метанового брожения может проводиться в режиме периодического или непрерывного действия, осуществляемый путем выгрузки определенного объема отработавшего в биореакторе вещества с одновременной загрузкой такого же объема свежего материала. Это обеспечивает большее снижение ХПК и соответственно большего выхода метана. ХПК (мг O₂/л воды) - это количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановленных сточных вод. Чем выше этот показатель, тем грязнее вода. Эффективность очистки сточной воды зависит от степени адаптации биоценоза анаэробных бактерий к сбраживаемому субстрату.Most mesophylls methanogens have a growth optimum in the range 34-36 ° C and pH 6.5-7.5, although there are thermophiles (55-57 ° C). Since methanogens are strict anaerobes and oxygen is poison for them, the activity of their growth and development depends on the indicator of the redox potential (ORP) of the medium. It has been established that they actively grow and develop with an AFP of about - 300 mV. Depending on production needs, the methane fermentation process can be carried out in a batch or continuous mode, carried out by unloading a certain volume of the substance spent in the bioreactor while loading the same volume of fresh material. This provides a greater reduction in COD and, accordingly, a higher yield of methane. COD (mg O ₂ / L water) is the amount of oxygen equivalent to the amount of oxidizing agent required to oxidize all recovered wastewater. The higher this indicator, the dirtier the water. The effectiveness of wastewater treatment depends on the degree of adaptation of the biocenosis of anaerobic bacteria to the fermentable substrate.

Анализ литературы по метановому брожению с несомненностью указывает, что основными проблемами анаэробно-аэробной технологии очистки стоков - очень медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий в следствие низкой физиолого-биохимической активности анаэробных бактерий сообщества. Важно отметить, что метаногены растут и размножаются медленнее анаэробных бактерий сообщества и поэтому они определяют интенсивность всего процесса брожения (1 - Воробьева Л.И. Научные основы получения кормовых препаратов витамина В₁₂. /1 - Доклады АН СССР. М. 1987; 2 - Кузнецов А.Е. Синицик А.В. Анаэробно-аэробная технология очистки сточных вод для пивоваренных предприятий. /Пиво и напитки. 2005, 4, 18-21). Из анализа цитируемых работ следует, что устойчивый процесс метанового брожения возможен только при обеспечении необходимых условий для интенсивного развития метанобразующих бактерий. Установлено, что рост бактерий метанового сообщества, зависит от поступления питательных веществ, включая органические вещества и минеральные соли. Экспериментально зафиксировано, что необходимыми факторами роста биоценоза анаэробных бактерий, являются аминокислоты, витамины, соединения биогенных металлов: К, Mg, Fe, Сu, Zn, Mn и другие. Отдельно следует указать, что метаногенная активность анаэробного ила зависит от его метаболитов. Так установлено, что метаногенная активность анаэробного ила зависит от количества летучих жирных кислот (ЛЖК). Экспериментальные факты указывают на го, что чем их больше, тем выше метаногенная активность (Hulshaf, 1989).An analysis of the literature on methane fermentation undoubtedly indicates that the main problems of anaerobic-aerobic wastewater treatment technology are the very slow formation of the biocenosis of anaerobic bacteria due to the low physiological and biochemical activity of the anaerobic bacteria of the community. It is important to note that methanogens grow and multiply more slowly than the community anaerobic bacteria and therefore they determine the intensity of the entire fermentation process (1 - Vorobyeva L.I. Scientific basis for obtaining vitamin B ₁₂ feed preparations. / 1 - Reports of the USSR Academy of Sciences. M. 1987; 2 - Kuznetsov A.E. Sinitsik A.V. Anaerobic-aerobic wastewater treatment technology for breweries./ Beer and drinks. 2005, 4, 18-21). From the analysis of the cited works, it follows that a stable process of methane fermentation is possible only if the necessary conditions for the intensive development of methane-forming bacteria are provided. It was established that the growth of bacteria in the methane community depends on the intake of nutrients, including organic substances and mineral salts. It has been experimentally fixed that the necessary growth factors for the biocenosis of anaerobic bacteria are amino acids, vitamins, compounds of biogenic metals: K, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn and others. Separately, it should be noted that the methanogenic activity of anaerobic sludge depends on its metabolites. It was found that the methanogenic activity of anaerobic sludge depends on the amount of volatile fatty acids (VFA). Experimental facts indicate that the more there are, the higher the methanogenic activity (Hulshaf, 1989).

Разработанные способы очистки и утилизации стоков агропромышленного комплекса, включающего кроме сельского хозяйства пищевую промышленность, и ЖКХ требуют огромных затрат, сложного оборудования и проводятся по сложным технологиям. В ранее цитируемой работе (Кузнецов А.Е, Синицын А.В./Пиво и напитки. 2005, 4, 18-21) предложена схема биологической очистки сточных вод пивоваренной промышленности, осуществляемая в анаэробном и аэробном биореакторах, выполненных из легированной стали и имеющих высокую стоимость. Согласно биологическому способу очистки метановое брожение - предварительная ступень перед аэробной очисткой, в основе которой лежат процессы, обусловленные присутствием микроорганизмов активного ила, являющегося смешенной культурой, состоящей из различных систематических групп - бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и членистоногих. Основу биомассы составляют бактерии. Заключительная стадия очистки стоков осуществляется в аэробном биореакторе при продувке воздуха.The developed methods for the treatment and disposal of wastewater from the agro-industrial complex, which includes, in addition to agriculture, the food industry, and housing and communal services require huge costs, complicated equipment, and are carried out using sophisticated technologies. In the previously cited work (Kuznetsov A.E., Sinitsyn A.V. / Beer and drinks. 2005, 4, 18-21) a scheme for biological wastewater treatment of the brewing industry, carried out in anaerobic and aerobic bioreactors made of alloy steel and having high cost. According to the biological purification method, methane fermentation is a preliminary step before aerobic purification, which is based on processes caused by the presence of activated sludge microorganisms, which is a mixed culture consisting of various systematic groups - bacteria, actinomycetes, fungi, algae and arthropods. The basis of biomass is bacteria. The final stage of wastewater treatment is carried out in an aerobic bioreactor with air purging.

Следует отметить, что анаэробный способ очистки стоков отличается от аэробного способа значительной меньшей скоростью накопления биомассы активного ила. Так, при метановом брожений образуется анаэробного избыточного ила в среднем до 0,04 кг биомассы/кг ХПК, в то время как при аэробной очистке формируется приблизительно в 10 раз больше аэробного избыточного ила, который необходимо обезвоживать и обезвреживать, что представляет возникшую новую экологическую проблему.It should be noted that the anaerobic method of wastewater treatment differs from the aerobic method by a significantly lower rate of accumulation of biomass of activated sludge. Thus, with methane fermentation, anaerobic excess sludge is formed on average up to 0.04 kg biomass / kg COD, while aerobic treatment generates approximately 10 times more aerobic excess sludge, which must be dehydrated and decontaminated, which presents a new environmental problem .

Рассматриваемый способ очистки сточных вод имеет следующие недостатки: 1) необходимость разбавления высококонцентрированных стоков для очистных сооружений ведет к увеличению объема перерабатываемых стоков и увеличению очистных сооружений; повышению потребления, технологической воды; 2) высокая потребность в электроэнергии до 5-8 кВт⋅ч/кг ХПК; 3) образование большого количества избыточного аэробного ила, который обусловливает возникновение новой экологической проблемы (требует его утилизации или захоронения); 4) для осуществления рассматриваемого способа требуются большие площади - 1 кг ХПК/м²; 5) очищенная сточная вода сбрасывается в рыболовные пруды.The considered method of wastewater treatment has the following disadvantages: 1) the need to dilute highly concentrated effluents for treatment plants leads to an increase in the volume of treated effluents and an increase in treatment facilities; increase consumption, process water; 2) high demand for electricity up to 5-8 kWh / kg COD; 3) the formation of a large amount of excess aerobic sludge, which causes the emergence of a new environmental problem (requires its disposal or disposal); 4) for the implementation of the considered method requires large areas of 1 kg COD / m ² ; 5) treated wastewater is discharged into fishing ponds.

В патенте РФ №1838415 предложен способ получения биогаза с использованием в качестве субстрата ацетонобутиловой барды с содержанием 1,93% сухих веществ. Субстрат обогащается метиловым спиртом в количестве 1,0% от объема сбраживаемой барды и хлористым кобальтом 10 г на 1 м³ барды. Согласно способу каждый 1,0 м³ барды образует 12,5 м³ метана.In the patent of the Russian Federation No. 1838415 a method for producing biogas using acetonobutyl distillery stillage with a content of 1.93% solids is proposed. The substrate is enriched with methyl alcohol in an amount of 1.0% of the volume of fermented stillage and cobalt chloride 10 g per 1 m ³ stillage. According to the method, each 1.0 m ³ stillage forms 12.5 m ³ methane.

Способ имеет следующие недостатки: 1) медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий обусловливает применением в большом количестве дорогостоящих реагентов - метилового спирта и хлористого кобальта; 2) ограниченность области применения способа - только ацетонобутиловая барда; 3) низкий выход биогаза с единицы сбраживаемой барды - 12,5 м³/м³.The method has the following disadvantages: 1) the slow formation of the biocenosis of anaerobic bacteria causes the use of a large number of expensive reagents - methyl alcohol and cobalt chloride; 2) the limited scope of the method is only acetobutyl bard; 3) low biogas output from a unit of fermentation stillage - 12.5 m ³ / m ³ .

В патентах РФ №2115657 и №2266683 для стимуляции метанового брожения применяют смешеннолигандное комлексное соединение цинка с ПАБК (парааминобензойная кислота, витамин В₁₀) и глицином. Биокомплекс готовится отдельно и его раствором обогащается сбраживаемая среда. С использованием этого биокомплекса цинка в количестве 0,5 мг/л в сбраживаемых средах достигается более глубокое их выбраживание, сопровождаемое увеличением выхода биогаза. Важно отметить, что несмотря на использование указанного регулятора метаболизма бактерий количественный выход биогаза в основном зависит от природы сырья. Так при сбраживании ацетонобутиловой барды выход биогаза составлял 16,5 л/л субстрата против контроля 12 л/л; спиртовой барды (л/л) - 25 против контроля 22; коровий навоз (л/л) - 29 против контроля - 27.In the patents of the Russian Federation No. 215657 and No. 2266683, a mixed ligand complex zinc compound with PABA (para-aminobenzoic acid, vitamin B ₁₀ ) and glycine are used to stimulate methane fermentation. The biocomplex is prepared separately and the fermented medium is enriched with its solution. Using this zinc biocomplex in an amount of 0.5 mg / l in fermented media, their deeper fermentation is achieved, accompanied by an increase in biogas yield. It is important to note that despite the use of this bacterial metabolism regulator, the quantitative biogas yield mainly depends on the nature of the feed. So, when fermenting acetone-butyl distillery vinasse, the biogas yield was 16.5 l / l of substrate against the control of 12 l / l; alcohol stillage (l / l) - 25 against control 22; cow manure (l / l) - 29 against the control - 27.

Недостатки способа обусловлены: 1) большими расходами смешеннолигандного комплексного соединения цинка; 2) основной недостаток способа в том, что он не обеспечивает получения не только физиологически полноценной питьевой воды, но и технологической воды; 3) очищенный сток сливается в рыболовные пруды.The disadvantages of the method are due to: 1) high costs mixed-ligand complex compounds of zinc; 2) the main disadvantage of this method is that it does not provide not only physiologically complete drinking water, but also process water; 3) the treated stock is discharged into fishing ponds.

Известен способ очистки сточных вод, загрязненных органическими веществами (патент Литовской Республики LT 51612), заменивший заключительную стадию очистки сточной воды (аэробный процесс очистки стоков) на электроплазменную технологию.A known method of treating wastewater contaminated with organic substances (patent of the Republic of Lithuania LT 51612), replacing the final stage of wastewater treatment (aerobic sewage treatment process) with electroplasma technology.

Согласно данного патента технологическая очистка сточных вод от органических загрязнителей включает следующие основные операции. Сточная вода с высокой концентрацией органических веществ сначала разбавляется технологической водой основного производства и с помощью различных реактивов регулируется рН сточной воды до 7-8. После этого сточная вода направляется в предварительно инокулированный консорциумом (биоценозом) анаэробных бактерий биореактор из нержавеющей стали, в котором осуществляют предварительную очистку сточной воды при 33-35°С методом метанового брожения. После окончания брожения осуществляют доочистку сточной воды от образовавшихся суспензий и остаточных взвешенных веществ путем ее фильтрования. Следует отметить, что обеззараживание сточной воды, выходящей из анаэробного биореактора достигается ультрафиолетовым облучением. Согласно цитируемому способу сточные воды перед направлением в анаэробный биореактор обогащают предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов, усиливающих интенсивность метанового брожения. Для усиления брожения используют известные (патент РФ №2115657) смешеннолигандные комплексные соединения Mg, Mn, Fe, Со, Сu в концентрации от 0,00014 до 0,494 г/л субстрата (дано по металлу). Следует отметить, что молекулярный состав биокомплексов и способ их приготовления в аналоге-прототипе не указаны. Окончательную очистку стоков вместо аэробного биореактора осуществляют, обрабатывая водный поток, выходящий из анаэробного биореактора, импульсными электроплазменными разрядами с дополнительным наложением внешнего магнитного поля. Для более полной очистки сточной воды от органических загрязнителей она перед обработкой электроплазменными разрядами, подвергается электрокоагуляции и электрофлотации с последующим отстаиванием образовавшегося органического шлама, который после выпадения в осадок собирают в шламосборник. При необходимости небольшими порциями вводят коагулянт-катализатор в активном состоянии.According to this patent, technological wastewater treatment from organic pollutants includes the following basic operations. Wastewater with a high concentration of organic substances is first diluted with process water of the main production and with the help of various reagents the pH of the wastewater is adjusted to 7-8. After that, the wastewater is sent to a stainless steel bioreactor previously pre-inoculated with a consortium (biocenosis) of anaerobic bacteria, in which the wastewater is pretreated at 33-35 ° C using methane fermentation. After the fermentation is completed, the wastewater is further treated from the resulting suspensions and residual suspended solids by filtering it. It should be noted that the disinfection of wastewater leaving the anaerobic bioreactor is achieved by ultraviolet radiation. According to the cited method, wastewater is enriched with precursors of active centers of intracellular enzymes that enhance the intensity of methane fermentation before being sent to the anaerobic bioreactor. To enhance fermentation, the well-known mixed-ligand complex compounds Mg, Mn, Fe, Co, Cu in a concentration of from 0.00014 to 0.494 g / l of the substrate (given for metal) are used in known (RF patent No. 2115657). It should be noted that the molecular composition of the biocomplexes and the method of their preparation are not indicated in the prototype analogue. Final wastewater treatment instead of an aerobic bioreactor is carried out by treating the water stream leaving the anaerobic bioreactor with pulsed electroplasma discharges with an additional imposition of an external magnetic field. For a more complete treatment of wastewater from organic pollutants, it is subjected to electrocoagulation and electroflotation before treatment with electroplasma discharges, followed by settling of the formed organic sludge, which, after precipitation, is collected in a sludge collector. If necessary, the coagulant catalyst is introduced in small portions in the active state.

Недостатками способа являются: 1) использование без указания состава молекул смешеннолигандных комплексных соединений пяти биогенных металлов, взятых из действующего патента РФ №2115657. Отсутствие указания о составе биокомплексов не представляет возможности их использования способа для очистки промышленных стоков с разным составом органических загрязнений. Это связано с тем, что каждый сток обусловливает использование определенного состава молекул биокомплексов. Иначе возможно ингибирование процессов метанового брожения; 2) способ весьма энергозатратен; 3) разбавление технологической водой сточной воды существенно увеличивает объем воды для метанового брожения; 4) медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий; 5) отсутствие способа регулирования метаболизма анаэробных бактерий сообщества; 6) указанное в способе оборудование промышленностью не производится и поэтому использование этого способа для очистки сточных вод агропромышленного комплекса и ЖКХ не представляется возможным; 7) главным недостатком способа является то, что он не позволяет получать физиологически полноценную питьевую воду.The disadvantages of the method are: 1) the use without specifying the composition of the molecules of mixed ligand complex compounds of five biogenic metals taken from the current patent of the Russian Federation No. 2115657. The lack of guidance on the composition of biocomplexes does not represent the possibility of using the method for the treatment of industrial effluents with different compositions of organic pollutants. This is due to the fact that each runoff makes use of a specific composition of biocomplex molecules. Otherwise, inhibition of methane fermentation processes is possible; 2) the method is very energy consuming; 3) dilution of waste water with process water significantly increases the volume of water for methane fermentation; 4) the slow formation of the biocenosis of anaerobic bacteria; 5) the lack of a method for regulating the metabolism of anaerobic bacteria in the community; 6) the equipment specified in the method is not manufactured by industry and therefore it is not possible to use this method for wastewater treatment of the agro-industrial complex and housing and communal services; 7) the main disadvantage of this method is that it does not allow to obtain physiologically complete drinking water.

Анализ изложенного материала указывает, что рассматриваемые аналоги имеют общие недостатки, обусловленные низкой физиолого-биохимической активностью биоценоза анаэробных бактерий, следствием которой является невысокая степень интенсификации сбраживания сточной воды, а, следовательно, не полное решение экологической задачи очистки стока. Кроме того рассматриваемые аналоги не позволяют получать из сточной воды физиологически полноценную питьевую воду.An analysis of the above material indicates that the analogues under consideration have common drawbacks due to the low physiological and biochemical activity of the biocenosis of anaerobic bacteria, which results in a low degree of intensification of wastewater fermentation, and, therefore, not a complete solution to the environmental problem of runoff treatment. In addition, the considered analogues do not allow to obtain physiologically complete drinking water from wastewater.

В этой связи коллективом авторов настоящего изобретения, в целях создания и внедрения высокоэффективных технологий переработки и утилизации техногенных образований и отходов, позволяющих рационально и основательно решать проблему, была разработана в рамках ФЦП "Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы" тематика: "Создание малоотходного экологичного энергоресурсосберегающего утилизирующего комплекса многоцелевого назначения (МЭЭУК МН) для агропромышленных холдингов, предприятий пищевой промышленности, жилищно-коммунального хозяйства и водоканалов". (Заявка зарегистрирована Министерством образования и науки РФ за номером 14092 от 15.07.2011 г. и была официально размещена на его сайте). Одним из результатов указанного исследования стал патент РФ №2513691, предусматривающий кавитационную обработку субстрата, использование структурированной и биологически активной воды, биологически активных веществ. Данный способ переработки биомассы по наибольшему числу сходных признаков и достигнутому положительному эффекту рассматривается в качестве прототипа предлагаемого изобретения.In this regard, the team of authors of the present invention, in order to create and implement highly efficient technologies for the processing and disposal of technogenic formations and wastes that can rationally and thoroughly solve the problem, was developed as part of the Federal Target Program "Research and Development in Priority Directions for the Development of the Russian Science and Technology Complex for 2007 2012 "Topic:" Creation of a low-waste, environmentally friendly energy and energy-saving multi-purpose utilization complex (MEEUK MN) for agriculture holdings, food industry enterprises, housing and communal services and water utilities. " (The application was registered by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation under the number 14092 dated 07.15.2011 and was officially posted on its website). One of the results of this study was the patent of the Russian Federation No. 2513691, which provides for cavitation treatment of the substrate, the use of structured and biologically active water, biologically active substances. This method of processing biomass for the largest number of similar features and the achieved positive effect is considered as a prototype of the invention.

Согласно аналогу-прототипу получение биогаза, оборотного водоснабжения с возможностью получения физиологически полноценной питьевой воды, обусловлены следующими последовательными операциями технологии очистки сточной воды:According to the prototype analogue, the production of biogas, recycled water supply with the possibility of obtaining physiologically complete drinking water is due to the following sequential operations of wastewater treatment technology:

1 - кавитационная обработка сточной воды; 2 - отдельное приготовление биологически активной воды; 3 - разбавление ее в 10-30 раз в анаэробном биореакторе кавитационно обработанной сточной водой; 4 - внесение в сбраживаемую среду посевного материала с повышенной физиолого-биохимической активностью, обеспечивающего интенсивное метановое брожение, 5 - обогащение в биореакторе сбраживаемой среды биологически активными веществами (БАВ), обеспечивающих повышение анаэробным бактериям консорциума физиолого-биохимической активности и ведение с ними интенсивного метанового брожения, обусловившего более глубокий сбраживание сточной воды; 6 - сушка выработанного биогаза и ею последующее использование в различных энергетических технологических операциях предприятия; 7 - получение возвратной технологической воды достигаемое посредством фильтрации, вышедшей из анаэробного биореактора сброженной сточной воды и отделение от нее твердых частиц навозного стока; 8 - осадок на фильтрующем материале направляется для приготовление высокоурожайных минерально-органических удобрений, фильтрат представляет собой возвратную технологическую воду; 9 - получение физиологически полноценной и биологически активной питьевой воды, достигаемый путем фильтрации полученной технологической воды.1 - cavitation treatment of wastewater; 2 - separate preparation of biologically active water; 3 - diluting it 10-30 times in an anaerobic bioreactor with cavitation treated wastewater; 4 - introduction of sowing material with increased physiological and biochemical activity into the fermented medium, providing intensive methane fermentation, 5 - enrichment of the fermented medium in the bioreactor with biologically active substances (BAS), which increase the anaerobic bacteria of the consortium of physiological and biochemical activity and maintaining intensive methane fermentation with them , causing a deeper fermentation of wastewater; 6 - drying of the produced biogas and its subsequent use in various energy technological operations of the enterprise; 7 - obtaining return process water achieved by filtration, released from the anaerobic bioreactor of the fermented waste water and separation of solid particles of manure from it; 8 - the sediment on the filter material is sent for the preparation of high-yielding mineral and organic fertilizers, the filtrate is a return process water; 9 - obtaining physiologically complete and biologically active drinking water, achieved by filtering the resulting process water.

В результате организованного технологического процесса происходит существенное ускорение формирования биоценоза анаэробных бактерий с повышенным уровнем физколого-биохимической активности, приводящего к усилению репродуктивности анаэробных бактерии на 10-15%, обладающих повышенным на 25-60% уровнем каталитического действия; интенсификация метанового брожения и увеличение глубины брожения сбраживаемого субстрата, приводящих к увеличению выхода биогаза с содержанием метана более 75%, к стабилизации брожения и снижению энергозатрат; сокращение продолжительности выхода анаэробного биореактора на проектный режим при его первичном запуске или после длительной остановки процесса брожения; снижение концентрации органических загрязнителей в жидкой фракции стока до 78%, что дает возможность удалить из технологической цепи дорогостоящий аэробный процесс очистки стоков из биореактора, в котором он осуществляется, а также связанных с аэробным илом экологических проблем; получение высокоурожайных минералоорганических удобрений, содержащих физиологически активные микроудобрения. Обеспечиваемая технологическим процессом высокая глубина брожения, приводящая к снижению ХПК до 78% и выходу метана более 75%, косвенно обеспечивает получение экологически чистых органических удобрений. Однако недостатком способа является отсутствие контроля обеспечения стабильности технологического процесса брожения субстрата при угрожающих изменениях состава среды сбраживания и фактического контроля состояния экологической чистоты получаемых органических удобрений.As a result of the organized technological process, there is a significant acceleration of the formation of the biocenosis of anaerobic bacteria with an increased level of physiological and biochemical activity, which leads to an increase in the reproductive capacity of anaerobic bacteria by 10-15%, with an increased level of catalytic effect by 25-60%; the intensification of methane fermentation and an increase in the fermentation depth of the fermented substrate, leading to an increase in the biogas yield with a methane content of more than 75%, to stabilize the fermentation and reduce energy consumption; reducing the duration of the anaerobic bioreactor entering the design mode during its initial start-up or after a long stop of the fermentation process; a decrease in the concentration of organic pollutants in the liquid fraction of the runoff to 78%, which makes it possible to remove the expensive aerobic process of wastewater treatment from the bioreactor in which it is carried out, as well as environmental problems associated with aerobic sludge; obtaining high-yielding mineral-organic fertilizers containing physiologically active micronutrient fertilizers. The high fermentation depth provided by the technological process, which leads to a decrease in COD to 78% and a methane yield of more than 75%, indirectly provides environmentally friendly organic fertilizers. However, the disadvantage of this method is the lack of control over the stability of the technological process of substrate fermentation under threatening changes in the composition of the fermentation medium and the actual control of the ecological purity of the obtained organic fertilizers.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются: получение экологически чистых минералоорганических удобрений, содержащих физиологически активные микроудобрения, позволяющие получать высокие урожаи экологически чистой, сельскохозяйственной продукции при снижении продолжительности времени созревания урожая (до 18-21 суток); ускорение формирования биоценоза анаэробных бактерий с повышенным уровнем физиолого-биохимической активности, приводящего к усилению репродуктивное анаэробных бактерий на 15-20%, обладающих повышенным на 35-65% уровнем каталитического действия; интенсификация метанового брожения и увеличение глубины брожения сбраживаемого субстрата, приводящего к увеличению выхода биогаза с содержанием метана более 82%, к стабилизации брожения и снижению энергозатрат; снижение концентрации органических загрязнителей в жидкой фракции стока до 85%; снижение себестоимости конечных продуктов. Предлагаемое изобретение позволяет получать оборотное водоснабжение с возможностью получения физиологически полноценной питьевой воды.The technical result of the invention is: obtaining environmentally friendly mineral-organic fertilizers containing physiologically active micronutrient fertilizers, allowing to obtain high yields of environmentally friendly, agricultural products while reducing the duration of the ripening time of the crop (up to 18-21 days); accelerating the formation of the biocenosis of anaerobic bacteria with an increased level of physiological and biochemical activity, leading to an increase in the reproductive anaerobic bacteria by 15-20%, with an increased level of catalytic effect by 35-65%; intensification of methane fermentation and an increase in the fermentation depth of the fermented substrate, leading to an increase in biogas yield with a methane content of more than 82%, to stabilize fermentation and reduce energy consumption; reduction in the concentration of organic pollutants in the liquid fraction of the runoff to 85%; cost reduction of final products. The present invention allows to obtain reverse water supply with the possibility of obtaining physiologically complete drinking water.

Способ получения экологически чистых минерально-органических удобрений с использованием метанового брожения, осуществляемого биоценозом анаэробных бактерий, включающий:A method of obtaining environmentally friendly mineral-organic fertilizers using methane fermentation, carried out by the biocenosis of anaerobic bacteria, including:

1) кавитационную обработку жидкой фракции навоза или сточной воды;1) cavitation treatment of the liquid fraction of manure or waste water;

2) отдельное приготовление структурированной и биологически активной воды, получаемой растворением в водопроводной или технологической воде предварительно обезвоженной смеси порошка черной или голубой глины с 10% муравьиной кислотой при соотношении объемов глины и раствора кислоты 1:1,5-2,0, в которую вносится силикат натрия в количестве 20 мг/дм куб. для получения формиата кремния;2) separate preparation of structured and biologically active water, obtained by dissolving in tap or process water a pre-dehydrated mixture of black or blue clay powder with 10% formic acid with a ratio of clay volumes and acid solution of 1: 1.5-2.0, into which sodium silicate in an amount of 20 mg / DM cubic to obtain silicon formate;

3) разбавление в анаэробном биореакторе структурированной и биологически активной воды в 10-30 раз кавитационно обработанной жидкой фракции навоза или сточной воды;3) dilution in an anaerobic bioreactor of structured and biologically active water 10-30 times the cavitation-treated liquid fraction of manure or waste water;

4) приготовление раствора биологически активных веществ (БАВ) водорастворимых формиатов биогенных металлов: сукцинат цинка 0,00045 г/л (по цинку), смешанолигандное соединение магния с никотинамидом и глицином в дозе 0,49 г/л (по магнию), аквакомплекс марганца с пантотеновой кислотой и цистеином в количестве 0,25 г/л (по марганцу), сукцинат железа в дозе 0,0010 г/л (по железу), аквааминный комплекс кобальта с глицином с концентрацией 0,014 г/л (по кобальту) и аквакомплекс меди с витамином С в дозе 0, 00014 г/л (по меди);4) preparation of a solution of biologically active substances (BAS) of water-soluble formates of biogenic metals: zinc succinate 0,00045 g / l (for zinc), mixed ligand compound of magnesium with nicotinamide and glycine at a dose of 0.49 g / l (for magnesium), manganese aquacomplex with pantothenic acid and cysteine in an amount of 0.25 g / l (for manganese), iron succinate at a dose of 0.0010 g / l (for iron), aqua amine complex of cobalt with glycine with a concentration of 0.014 g / l (for cobalt) and aquacomplex copper with vitamin C at a dose of 0, 00014 g / l (for copper);

5) заполнение биореактора раствором БАВ в объеме 0,1% от общего объема сбраживаемой среды с тщательным перемешиванием;5) filling the bioreactor with a solution of biologically active substances in a volume of 0.1% of the total volume of the fermented medium with thorough mixing;

6) внесение посевного материала - консорциума анаэробных бактерий в биореактор в количестве 30% от объема сбраживаемой среды для осуществления метанового брожения;6) the introduction of seed - a consortium of anaerobic bacteria into the bioreactor in an amount of 30% of the volume of fermented medium for the implementation of methane fermentation;

7) ведение метанового брожения в мезофильном режиме с ежесуточной заменой 25% сброженной среды на свежую с добавлением раствора БАВ в объеме до 0,1% от объема сбраживаемой массы, полная загрузка биореактора и выход на режим с получением уменьшения ХПК (количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановленных сточных вод, мг О₂/л воды) на 85% от исходной величины и с повышенным содержанием метана (свыше 82%) в вырабатываемом биогазе;7) conducting methane fermentation in the mesophilic mode with daily replacement of 25% of the fermented medium with fresh one with the addition of a biologically active substance solution in the amount of up to 0.1% of the fermented mass volume, full loading of the bioreactor and entering the regime to obtain a COD reduction (the amount of oxygen equivalent to the amount consumed oxidizer, necessary for the oxidation of all recovered wastewater, mg О ₂ / l of water) by 85% of the initial value and with a high methane content (over 82%) in the biogas produced;

8) сушку выработанного биогаза;8) drying the produced biogas;

9) получение возвратной технологической воды фильтрацией сбраживаемой жидкости через первый биологический фильтр, заполненный смесью фильтрующих элементов, включающих обработанный порошок черной глины и щебня шунгита;9) obtaining return process water by filtration of the fermented liquid through the first biological filter filled with a mixture of filter elements, including processed black clay powder and shungite crushed stone;

10) направление первого биологического фильтра с осевшими твердыми частицами в шламосборник для освобождения от осадка, направляемого для приготовления экологически чистого органического удобрения;10) the direction of the first biological filter with settled solid particles in the sludge collector to free from sediment sent for the preparation of environmentally friendly organic fertilizer;

11) направление просочившейся через первый биологический фильтр технологической воды на рециркуляцию обратно в биореактор или на последующую фильтрацию через второй фильтр, содержащий шунгитовый щебень с размером фракции от 20-40 мм и высотой загрузки от 20-50 см, с получением физиологически полноценной питьевой воды;11) directing the process water that has leaked through the first biological filter for recycling back to the bioreactor or for subsequent filtration through a second filter containing shungite gravel with a fraction size of 20–40 mm and a loading height of 20–50 cm, to obtain physiologically complete drinking water;

12) контроль состава органического удобрения на соответствие экологическим нормам, прежде всего, по содержанию азота аммонийного: при превышении нормируемого уровня проводится повторная переработка ила в анаэробном реакторе и последующая фильтрация через первый биологический фильтр.12) monitoring the composition of organic fertilizer for compliance with environmental standards, first of all, on the content of ammonium nitrogen: when the standard level is exceeded, sludge is recycled in an anaerobic reactor and then filtered through the first biological filter.

Изложенное поясняется экспериментальными фактами, приведенными в примере 1.The foregoing is illustrated by the experimental facts given in example 1.

Пример 1.Example 1

Перед метановым сбраживанием навозного стока производилась обработка ультразвуком 2 л жидкой фракции навоза КРС (крупного рогатого скота). Обработку стока проводили на лабораторной установке Elma 949 М в режиме: мощность - 340 Вт, температура 25°С, продолжительность обработки сточной воды с твердыми частицами 1,5 час.Before methane digestion of manure runoff, ultrasonic treatment was performed on 2 l of the liquid fraction of cattle manure (cattle). The runoff treatment was carried out on a laboratory installation Elma 949 M in the mode: power - 340 W, temperature 25 ° C, the duration of the treatment of wastewater with solid particles 1.5 hours.

Исходное ХПК стока - 4200 мг О₂/л, взвешенных частиц до 110 мг/л. Обработанная ультразвуком жидкая фракция навоза КРС уменьшила содержание взвешенных частиц до 101 мг/л.The initial COD of the runoff is 4200 mg O ₂ / L, suspended particles up to 110 mg / L. The sonicated liquid fraction of cattle manure reduced the content of suspended particles to 101 mg / l.

После окончания обработки стока ультразвуком взято было 10 мл отдельно приготовленной структурированной и биологически активной воды, которую поместили в 2 л стеклянную емкость и разбавили ее в 10 раз обработанным ультразвуком жидкой фракции навоза КРС. Затем в этот раствор добавляли 2 мл указанной ранее смеси БАВ. Раствор тщательно перемешивали и после этого внесли посевной материал - консорциум анаэробных бактерий в количестве 0,3 л (или 30% от объема бродящей среды), взятый с городской очистительной станции. Процесс метанового брожения проводился в мезофильном режиме в течение 2,5 суток. Затем метановое брожение стока проводили с ежесуточной заменой 25% сброженной среды на свежую с добавлением 2 мл раствора БАВ. В качестве свежей среды использовали ранее обработанную ультразвуком жидкую фракцию навоза. Процесс брожения контролировали по значению ХПК. Следует особо отметить, что по истечении 4-х суток метанового брожения навозного стока наблюдалось увеличение биомассы консорциума анаэробных бактерий приблизительно на 25-33%. При этом наблюдалось уменьшение ХПК на 3570 мг О₂/л, т.е. на 85% от исходной величины ХПК. Выход биогаза составил 0,63 дм³/л среды, проверяемые показатели: влажность, минеральные макрокомпоненты, рН, N, Р, Pb, Cd, Ni, Cd, Cr, As, Zn, радионуклиды естественного и техногенного происхождения, бактерии группы кишечной палочки, патогенные микроорганизмы, яйца гельминов и другие соответствовали требуемым нормам. (Гост Р 17.4.07-2001 "Охрана природы. Почвы. Требования к осадкам сточных вод при использовании их в качестве удобрений", СанПиН 2.17.573-96 "Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения").After the runoff treatment with ultrasound was completed, 10 ml of separately prepared structured and biologically active water was taken, which was placed in a 2 liter glass container and diluted 10 times with sonicated liquid cattle manure. Then, 2 ml of the previously indicated BAS mixture was added to this solution. The solution was thoroughly mixed and after that the seed was introduced - a consortium of anaerobic bacteria in the amount of 0.3 l (or 30% of the volume of the fermentation medium) taken from the city sewage treatment plant. The methane fermentation process was carried out in the mesophilic mode for 2.5 days. Then, methane runoff fermentation was carried out with daily replacement of 25% of the fermented medium with fresh medium with the addition of 2 ml of a biologically active substance solution. As a fresh medium used previously treated with ultrasound liquid manure fraction. The fermentation process was monitored by COD value. It should be specially noted that after 4 days of methane fermentation of manure, an increase in the biomass of the consortium of anaerobic bacteria was observed by approximately 25-33%. In this case, a decrease in COD by 3570 mg O ₂ / L was observed, i.e. 85% of the initial value of COD. The biogas output amounted to 0.63 dm ³ / l of the medium, the tested parameters: humidity, mineral macrocomponents, pH, N, P, Pb, Cd, Ni, Cd, Cr, As, Zn, radionuclides of natural and technogenic origin, bacteria of the E. coli group , pathogens, eggs of helmins and others met the required standards. (Gost R 17.4.07-2001 "Nature protection. Soils. Requirements for sewage sludge when using them as fertilizers", SanPiN 2.17.573-96 "Hygienic requirements for the use of sewage and their sludge for irrigation and fertilizer").

Наблюдаемый экспериментальный факт убедительно доказывает, что в анаэробных условиях очистки воды сочетаются два процесса: размножение бактерий с энергичным сбраживанием углеводов. Отсюда можно придти к выводу, что регулирующим фактором, обеспечивающим в значительной мере интенсивное размножение бактерий сообщества, является высокая концентрация питательных веществ в сбраживаемой сточной воде.The observed experimental fact convincingly proves that under anaerobic conditions for water purification two processes are combined: the reproduction of bacteria with the energetic fermentation of carbohydrates. From this we can conclude that the high concentration of nutrients in the fermented wastewater is a regulatory factor that provides a significant degree of intensive reproduction of community bacteria.

Пример 2 (контроль)Example 2 (control)

В контрольном опыте консорциум анаэробных бактерий выращивали в жидкой фракции навоза КРС, не прошедшего кавитационную обработку, без добавки БАВ и биологически активной воды. Далее сбраживание жидкой фракции навоза проводили по аналогии с опытным вариантом эксперимента.In the control experiment, a consortium of anaerobic bacteria was grown in the liquid fraction of cattle manure, which had not undergone cavitation treatment, without the addition of biologically active substances and biologically active water. Further, the fermentation of the liquid fraction of manure was carried out by analogy with the experimental version of the experiment.

В итоге по окончании метанового брожения в контрольном эксперименте наблюдалось снижение ХПК на 1638 мг O₂/л или 38% от исходного значения. Выход биогаза составил 0,32 дм /л среды. Таким образом, ведение метанового брожения по предлагаемому способу (пример 1) способствует увеличению выброду стока (приблизительно на 40%) и увеличению выхода биогаза на 49% по сравнению с контролем. Одновременно обеспечивается получение экологически чистых органических удобрений с полным соответствием ПДК (предельно допустимых концентраций) вредных веществ требованиям вышеуказанным нормативных документов.As a result, at the end of methane fermentation, a control experiment showed a decrease in COD by 1638 mg O ₂ / L or 38% of the initial value. The biogas yield was 0.32 dm / l of medium. Thus, the management of methane fermentation according to the proposed method (example 1) contributes to an increase in runoff (by approximately 40%) and an increase in biogas yield by 49% compared to the control. At the same time, environmentally friendly organic fertilizers are obtained with full compliance with MPC (maximum permissible concentrations) of harmful substances with the requirements of the above regulatory documents.

Пример 3Example 3

Эксперимент проводили по аналогии с примером 1. Отличие состояло в том, что перед кавитационной обработкой навозного стока для выявления в ней микрофлоры отбиралась сточная вода и накосилась на чашки Петри с питательной средой и производилось выращивание микрофлоры. Выращенная микрофлора содержала бактерии группы кишечной палочки, молочнокислые бактерии, клостридии и споры гельминтов. Важно подчеркнуть, что после ультразвуковой обработки навозного стока и его анаэробной очистки микрофлора и споры гельминтов не были жизнеспособными.The experiment was carried out by analogy with example 1. The difference was that before the cavitation treatment of the manure runoff, wastewater was taken to identify microflora in it and put on Petri dishes with nutrient medium and microflora was grown. The grown microflora contained bacteria of the Escherichia coli group, lactic acid bacteria, clostridia, and helminth spores. It is important to emphasize that after the ultrasonic treatment of manure and its anaerobic treatment, microflora and helminth spores were not viable.

Пример 4Example 4

Эксперимент проводили по аналогии с примером 3 отличие было в том, что в навозный сток внесли семена злаков: пшеницы и ячменя. Перед началом эксперимента часть семян злаков помещали на фильтровальную бумагу чашек Петри, смоченную водопроводной водой и осуществляли проращивание семян при комнатной температуре. Прорастание семян оценивали по появлению проростков. До ультразвуковой обработки и метанового брожения этого стока все исследуемые семена злаков проросли. После ультразвуковой обработки стока с семенами осуществляли метановое сбраживание навозного стока с семенами злаков. Но окончании метанового брожения семена злаков извлекались и помещались в чашки Петри с фильтровальной бумагой, смоченной водопроводной водой. После этого проводили проращивание семян. Однако после указанных технологических операции семена не проросли. Наблюдаемые результаты позволяют сделать вывод, что склероции (спорынья, выросшая на злаковых; примесь склероциев в муке или корме вызывает тяжелое заболевание - эрготизм, ранее «антонов огонь») после метанового сбраживания жидкой фракции навозного стока, проводимого по заявляемой технологической схеме, будут не жизнеспособными. Это особенно важно, если принять во внимание, что по предлагаемой технологии очистки навозного стока будет приготовлено минерально-органическое удобрение.The experiment was carried out by analogy with example 3, the difference was that the seeds of cereals: wheat and barley were introduced into the manure runoff. Before the start of the experiment, part of the cereal seeds were placed on filter paper of Petri dishes moistened with tap water and seeds were germinated at room temperature. Seed germination was evaluated by the appearance of seedlings. Before ultrasonic treatment and methane fermentation of this runoff, all the studied cereal seeds sprouted. After ultrasonic treatment of runoff with seeds, methane fermentation of manure runoff with cereal seeds was carried out. But at the end of methane fermentation, cereal seeds were removed and placed in Petri dishes with filter paper moistened with tap water. After this, seed germination was performed. However, after the indicated technological operations, the seeds did not germinate. The observed results allow us to conclude that sclerotia (ergot grown on cereals; an admixture of sclerotia in flour or feed causes a serious illness - ergotism, previously “anton fire”) after methane fermentation of the liquid fraction of manure run carried out according to the claimed technological scheme will not be viable . This is especially important if we take into account that according to the proposed technology for the treatment of manure, mineral-organic fertilizer will be prepared.

Таким образом, результаты экспериментов 3-4 свидетельствуют о том, что очистка сточной воды по новой технологической схеме полностью убивает микрофлору и паразитов растительного организма.Thus, the results of experiments 3-4 indicate that wastewater treatment according to the new technological scheme completely kills the microflora and parasites of the plant body.

Анализ результатов проведенных экспериментов указывает на зависимость регуляции биохимических процессов биоценоза анаэробных бактерий от условий их культивирования, связанной прежде всего с составом питательной среды. Известно, что внешние условия определяют химический состав клеток, в том числе и анаэробных бактерий сообщества, который в свою очередь обусловливает их биохимическую функцию. Эта функция в конечном итоге определяются ферментами, их биосинтезом и уровнем каталитическою действия. Оказалось, что под действием смеси БАВ клетки синтезируют ферменты повышенного уровня активности по сравнению с контролем приблизительно на 32-60% при незначительном увеличении биомассы до 12-17% от исходного количества. Следовательно смесь БАВ повышает физиолого-биохимическую активность анаэробных бактерий сообщества.An analysis of the results of the experiments indicates the dependence of the regulation of the biochemical processes of the biocenosis of anaerobic bacteria on the conditions of their cultivation, which is primarily associated with the composition of the nutrient medium. It is known that external conditions determine the chemical composition of cells, including the anaerobic bacteria of the community, which in turn determines their biochemical function. This function is ultimately determined by enzymes, their biosynthesis and the level of catalytic action. It turned out that under the action of a mixture of biologically active substances, cells synthesize enzymes with an increased level of activity compared to the control by approximately 32-60% with a slight increase in biomass to 12-17% of the initial amount. Therefore, a mixture of biologically active substances increases the physiological and biochemical activity of anaerobic bacteria in the community.

Следует заметить, что особи популяции имеют различный химический состав, приводящий к разнообразию их физико-химического состояния. Совокупность литературных данных и результатов собственных исследований позволяет сделать вывод, что следствием разнообразия физико-химического состояния особей популяции является и неадекватность степени очистки сточной воды у различных особей этой популяции, Итак, изменение химического состава у отдельных особей консорциума анаэробных бактерий прежде всего отражается на изменении состава клеточной мембраны, а именно на соотношении количества липидов с ненасыщенными жирными кислотами и липидами с насыщенными жирными кислотами. Это отражается на величине биопотенциала поверхностной мембраны. Результаты сравнительных экспериментов, проводимых со смесью БАБ, свидетельствуют о том, что эти изменения состава мембран сопровождаются ростом у них величины отрицательного значения ОВП поверхностной мембраны. Таким образом, увеличение у анаэробных бактерий сообщества отрицательного биопотенциала поверхностных мембран приводит к электростатическому отталкиванию отдельных особей, снижая этим их агглютинацию (агрегацию, склеивание). Отсюда характерной особенностью ключевой группы микробной популяции является то, что поверхность у особей этой группы популяции не блокирована соседними бактериями и поэтому ферменты у них доступны для органических веществ сточной воды. Таким образом наблюдается тенденция уменьшения ХПК и ЛЖК, напротив, возрастание выхода биогаза с увеличенным содержанием метана. При этом рост культуры не только не замедляется, но и не прекращается.It should be noted that individuals of the population have a different chemical composition, leading to a variety of their physicochemical state. The combination of literature data and the results of our own research allows us to conclude that the diversity of the physicochemical state of individuals in the population results in the inadequacy of the degree of wastewater treatment in various individuals of this population. Thus, a change in the chemical composition of individual individuals of the consortium of anaerobic bacteria primarily affects the composition cell membrane, namely, the ratio of lipids with unsaturated fatty acids and lipids with saturated fatty acids. This is reflected in the biopotential of the surface membrane. The results of comparative experiments conducted with a mixture of BAB indicate that these changes in the composition of the membranes are accompanied by an increase in their negative ORP value of the surface membrane. Thus, an increase in the negative biopotential of surface membranes in anaerobic bacteria leads to electrostatic repulsion of individual individuals, thereby reducing their agglutination (aggregation, bonding). Hence, a characteristic feature of the key group of the microbial population is that the surface of individuals of this group of the population is not blocked by neighboring bacteria and therefore their enzymes are available for wastewater organic substances. Thus, there is a tendency toward a decrease in COD and VFA, on the contrary, an increase in the yield of biogas with an increased methane content. Moreover, the growth of culture not only does not slow down, but does not stop.

Иная картина наблюдается у микробов популяции с невысоким значением отрицательного ОВП, т.е. отрицательной величины биопотенциала поверхностной мембраны - они склеиваются в гранулы, также разрушающие органические вещества сточной воды с образованием метана, но уже в меньшей степени, чем не агглютинированные бактерии. Подобная картина имеет место при классическом способе ведения метанового брожения (Lettinga et al., 1980). Установлено, что образуются пористые гранулы величиной 0,5-2,5 мм, в которых количество микроорганизмов варьирует в пределах 1-4⋅10¹²/1 гр сухих веществ (Raluznhnyl et al., 1996). С образованием гранул имеет место частичное блокирование поверхности особей микробной популяции, а следовательно доступ субстрата к ферментам анаэробных бактерий консорциума, что естественно отражается на интенсивности метаболизма бактерий и естественно на выходе биогаза. К изложенному следует добавить, что накопление в биореакторе ЛЖК около 200 мг/л вызывает уплотнение гранул, сопровождаемое ухудшением условий доступа субстрата внутриклеточным ферментам, следствием которого является снижение выхода биогаза и степени очистки сточной воды. Содержание в биореакторе ЛЖК может достигать величины 600-1500 мг/л. Кроме того, образовавшиеся гранулы характеризуются высокой способностью к седиментации, что приводит к их выводу из зоны активной конверсии органических загрязнителей стоков в биогаз.A different picture is observed in microbes of a population with a low value of negative AFP, i.e. negative value of the biopotential of the surface membrane - they stick together into granules, which also destroy the organic matter of wastewater with the formation of methane, but to a lesser extent than non-agglutinated bacteria. A similar picture occurs with the classical method of methane fermentation (Lettinga et al., 1980). Established that porous pellets are formed magnitude of 0.5-2.5 mm, in which the number of microorganisms varies 1-4⋅10 ^12/1 g dry matter (Raluznhnyl et al., 1996). With the formation of granules, there is a partial blocking of the surface of individuals of the microbial population, and therefore, substrate access to the enzymes of the anaerobic bacteria of the consortium, which naturally affects the intensity of bacterial metabolism and naturally at the exit of biogas. It should be added that the accumulation of about 200 mg / L in the VFA bioreactor causes compaction of the granules, which is accompanied by a deterioration in the access conditions of the substrate to intracellular enzymes, which results in a decrease in biogas yield and wastewater treatment. The content of VFA in the bioreactor can reach 600-1500 mg / l. In addition, the granules formed are characterized by high sedimentation capacity, which leads to their removal from the zone of active conversion of organic pollutant effluents to biogas.

Анализ работы рассматриваемой технологии очистки жидкой фракции навоза и сточных вод ЖКХ свидетельствует о том, что процесс метанообразования практически сразу откликается на изменение физико-химического состояния сбраживаемой среды. Этот отклик анаэробных бактерий сообщества связан с химическим изменением состава организмов, поддерживающий их высокую физиолого-биохимическую активность при пиковых нагрузках на анаэробный биореактор и даже после кратковременных перерывов в подаче сточной воды в биореактор.An analysis of the operation of the technology under consideration for the treatment of the liquid fraction of manure and wastewater of the housing and communal services indicates that the methane formation process almost immediately responds to changes in the physicochemical state of the fermented medium. This response of the anaerobic bacteria of the community is associated with a chemical change in the composition of the organisms, supporting their high physiological and biochemical activity during peak loads on the anaerobic bioreactor and even after short interruptions in the supply of wastewater to the bioreactor.

Согласно вышеприведенной технологической схеме получения биогаза по способу предлагаемого изобретения образовавшийся в анаэробном реакторе биогаз направляется в аппарат сушки и затем для обеспечения энергией животноводческой фермы или других производств. Предварительно очищенный в анаэробном биореакторе навозный сток направляется на окончательную очистку, осуществляемую с использованием фильтров с разными фильтрующими элементами. Снова обращаем внимание на удаление из технологической цепи очистки стоков операции, связанной с аэробным процессом, вызываемым им проблемами: высокими энергозатратами на аэрацию сточных вод; образование вторичной экологической проблемы, обусловленной утилизацией вторичных отходов - аэробного активного ила. Согласно технологической схемы аэробный биореактор с активным аэробным илом заменяется фильтром, заполненным специальным фильтрующим элементом.According to the above technological scheme for producing biogas according to the method of the invention, the biogas formed in the anaerobic reactor is sent to the drying apparatus and then to provide energy to the livestock farm or other industries. Manure that has been previously cleaned in an anaerobic bioreactor is sent for final treatment using filters with different filter elements. Again, we draw attention to the removal of the operation associated with the aerobic process from the process chain of wastewater treatment caused by problems: high energy costs for aeration of wastewater; the formation of a secondary environmental problem due to the disposal of secondary waste - aerobic activated sludge. According to the technological scheme, an aerobic bioreactor with active aerobic sludge is replaced by a filter filled with a special filter element.

Итак, сначала предварительно очищенный сток воды из анаэробного биореактора направляется в фильтр с загрузкой из смеси отработанного порошка черной глины и шунгитового щебня фракцией 20-40 мм. В используемом фильтре толщина слоя смеси, расположенной на металлической или капроновой сетке, не менее 20 см. Чем толще слой, тем качественнее очистка. Расположение фильтрующего материала на сетке позволяет быстро заменять отработанную смесь на новую. Отметим, что основой фильтрующей смеси компонентов является шунгит, представляющий собой природный композит Зажогинского месторождения Республики Карелия. Этот природный композит состоит из аморфной силикатной матрицы, заполненной высокодисперсными кристаллическими частицами алюмосиликатов со средним размером 1,0 мкм. В минеральном составе шунгита содержится в среднем 70% углерода и 30% золы, в составе которой находится 40-50% оксида кремния и 12-25% оксида алюминия. В остальной части минеральной золы содержатся более 20 окислов макро- и микроэлементов, среди которых TiO₂ составляет 0,2%, Al₂O₃ до 4%, FeO (2,5%), MgO (1,2%), K₂O (1-6%), Na₂O (1-5%), S (1%). Количество углерода в шунгите зависит от его месторождения. Основу шунгитового углерода представляет многослойная фуллереновая глобула диаметром 10-30 нм. Фуллерены представляют собой новый особой формы углерод, содержащийся в шунгите до 0,001 масс. %. Фуллерены характеризуются высокой активностью в окислительно-восстановительных процессах, а также обладают адсорбционными, каталитическими свойствами, и бактерицидным действием.So, first, the pre-purified water flow from the anaerobic bioreactor is sent to the filter with loading from a mixture of spent black clay powder and shungite gravel with a fraction of 20-40 mm. In the filter used, the thickness of the layer of the mixture located on a metal or nylon mesh is at least 20 cm. The thicker the layer, the better the cleaning. The location of the filter material on the grid allows you to quickly replace the used mixture with a new one. Note that the basis of the filtering mixture of components is shungite, which is a natural composite of the Zazhoginsky field of the Republic of Karelia. This natural composite consists of an amorphous silicate matrix filled with highly dispersed crystalline particles of aluminosilicates with an average size of 1.0 μm. The mineral composition of shungite contains an average of 70% carbon and 30% ash, which contains 40-50% silicon oxide and 12-25% aluminum oxide. The rest of the mineral ash contains more than 20 oxides of macro- and microelements, among which TiO ₂ is 0.2%, Al ₂ O ₃ up to 4%, FeO (2.5%), MgO (1.2%), K ₂ O (1-6%), Na ₂ O (1-5%), S (1%). The amount of carbon in shungite depends on its deposit. The basis of shungite carbon is a multilayer fullerene globule with a diameter of 10-30 nm. Fullerenes are a new special form of carbon contained in shungite up to 0.001 mass. % Fullerenes are characterized by high activity in redox processes, and also have adsorption, catalytic properties, and bactericidal action.

Доказано, что уникальные свойства для питьевого водоснабжения: каталитические, сорбционные и бактерицидные свойства шунгиту придают фуллерены. Фуллерены находятся в воде в виде молекулярно-коллоидного раствора, оказывая на организм человека и животных многоплановое целебное действие, в том числе мощное длительное антиоксидантное действие.It is proved that unique properties for drinking water supply: catalytic, sorption and bactericidal properties of schungite give fullerenes. Fullerenes are in water in the form of a molecular-colloidal solution, exerting a multifaceted healing effect on the human and animal body, including a powerful long-term antioxidant effect.

Благодаря обладанию шунгитом каталитических свойств он разрушает разного типа органические вещества до элементарных оксидов (CO₂, H₂O). На сегодняшний день установлены следующие органические вещества, разрушаемые шунгитом: фенолы, жирные высокомолекулярные кислоты, спирты, вещества лигноуглеводного комплекса, древесные и торфяные гидролизаты, водорастворимые смолы гидролиза, гуминовые вещества, а также ряд газов. При этом шунгит осаждает (на 70-90%) из воды нерастворимые соли (карбонаты, оксилаты и др.). К изложенному следует добавить литературные сведения, указывающие о разрушении шунгитом нефтепродуктов и его способность нейтрализовать цветность воды.Due to the catalytic properties of shungite, it destroys various types of organic substances to elemental oxides (CO ₂ , H ₂ O). To date, the following organic substances that are destroyed by shungite have been established: phenols, high molecular weight fatty acids, alcohols, substances of the ligno-carbohydrate complex, wood and peat hydrolysates, water-soluble hydrolysis resins, humic substances, and also a number of gases. At the same time, shungite precipitates (by 70-90%) insoluble salts (carbonates, oxylates, etc.) from water. To the above should be added literary information indicating the destruction of shungite oil products and its ability to neutralize the color of water.

Важно отметить, что шунгит, разрушая в воде органические вещества, одновременно корректирует ее состав, насыщая полезными микроэлементами.It is important to note that shungite, destroying organic substances in water, at the same time corrects its composition, saturating it with useful microelements.

Шунгит обладает качествами необходимыми для хорошего фильтрующего элемента в следствие высокой механической прочности, электропроводности, химической стойкости, мс но в то же время ему свойственны каталитические и бактерицидные свойства. Шунгит имеет суммарную пористость 5-10% и значительную внутреннюю поверхность 10-30 м²/г, насыпную плотность около 1,1 г/см³. Изучение физических, химических и биологических свойств шунгита показало, что он вполне пригоден для очистки воды от различных промышленных загрязнителей, а также бытовых стоков. Кроме того, он подвержен многократной регенерации. Доказана возможность использования дробленого шунгита в качестве фильтрующего материла различного типа пропускных систем как на начальной стадии очистки, так и на конечной. Шунгит рекомендован Центром Госсанэпиднадзора Республики Карелия в качестве фильтрующего и сорбирующего материала (гигиеническое заключение №10. КЦ. 31.216. П. 00064. 02.99 от 04.02.99).Shungite possesses the qualities necessary for a good filter element due to high mechanical strength, electrical conductivity, chemical resistance, ms, but at the same time it has catalytic and bactericidal properties. Shungite has a total porosity of 5-10% and a significant inner surface of 10-30 m ² / g, bulk density of about 1.1 g / cm ³ . A study of the physical, chemical and biological properties of shungite showed that it is quite suitable for treating water from various industrial pollutants, as well as domestic wastewater. In addition, it is subject to repeated regeneration. The possibility of using crushed schungite as a filter material of various types of throughput systems has been proved both at the initial stage of cleaning and at the final. Shungite is recommended by the Center for State Sanitary and Epidemiological Supervision of the Republic of Karelia as a filtering and sorbing material (hygienic conclusion No. 10. KC. 31.216. P. 00064. 02.99 of 04.02.99).

Таким образом, прохождение частично загрязненной воды через шунгитовый фильтр обусловливает ее осветление и разложение газов, придающих воде специфические запахи.Thus, the passage of partially contaminated water through a schungite filter causes its clarification and decomposition of gases that give water specific odors.

Следует отметить и такой немаловажный факт, как структурирование шунгитом очищенной сточной воды. Структурированную воду считают регулятором обмена веществ у биосистем, т.е. регулятором физиолого-биохимической активности клеток.It should be noted also such an important fact as structuring of treated wastewater with shungite. Structured water is considered a metabolic regulator in biosystems, i.e. regulator of physiological and biochemical activity of cells.

Другим компонентом фильтрующей смеси 1-го фильтра является порошок черной глины, основа которой - каолинит. Высокая удельная поверхность и деформируемость кристаллической структуры каолинита являются основными факторами, определяющими характер образования коагуляционных дисперсий и деформационных процессов, протекающих в них. Обилие сколов кристаллической решетки каолинита и некомпенсированных зарядов придает этому виду глины абсорбционные свойства, обусловившие использование отработанного ранее порошка глины в составе фильтра для очистки стоков после метанового брожения и получения технологической воды. Поэтому порошок глины после 3-кратного использования для получения биологически активной воды, разбавление которой жидкой фракцией навоза приводит к ее структурированию и обогащению формиатами биогенных металлов. Отработанный порошок глины сушится на воздухе для последующего использования в качестве фильтрующего материала.Another component of the filter mixture of the 1st filter is black clay powder, the basis of which is kaolinite. The high specific surface and deformability of the crystalline structure of kaolinite are the main factors that determine the nature of the formation of coagulation dispersions and deformation processes that occur in them. The abundance of chips of the kaolinite crystal lattice and uncompensated charges gives this clay type absorption properties, which caused the use of previously used clay powder in the filter for the treatment of effluents after methane fermentation and the production of process water. Therefore, clay powder after 3-fold use to obtain biologically active water, the dilution of which with the liquid fraction of manure leads to its structuring and enrichment with formates of biogenic metals. The spent clay powder is dried in air for subsequent use as a filter material.

Твердые частицы сброженного стока осаждаются на фильтре, осадок отмывается в шламосборнике технологической водой. Освобожденный от осадка фильтрационный элемент снова используется для очистки стока. Полученный осадок на воздухе подсушивается и представляет собой высокоэффективное, экологически чистое органическое удобрение с влажностью 80%, включающий; цельные бактерии, их мембраны; продукты лизиса бактерий, а также метаболиты анаэробных бактерий сообщества, метаногены, содержащие витамин В12, а также частицы растительных организмов, в том числе частично разрушенные гемицеллюлоза и лигнин. Последующее обогащение этого удобрения предшественниками активных центров окислительно-восстановительных и других внутриклеточных ферментов, используемых в качестве микроудобрения, превращает органическое удобрение в высокоурожайное минерально-органическое удобрение, составляющие которого повышают физиолого-биохимическую активность микроорганизмов при корневой системе. Важно то, что данное органо-минеральное удобрение способно формировать в растительном организме полноценный в функциональном отношении фотосинтетический аппарат, вся деятельность которого неразрывно связана с общим метаболизмом растения. Согласно полевым испытаниям данного типа микроудобрения позволяют получать повышенные урожаи сельхозпродуктов (на 20-30%) при сокращении продолжительности его созревания на 15-20 суток. При этом урожай сельхозпродуктов характеризуется не только высокими питательными, вкусовыми и товарными качествами, но и повышенной биологической ценностью, что весьма важно для функционально регулирующей медицины. Таким образом, применение нового органо-минерального удобрения является важной составной частью организации эффективной системы сбалансированного питания растений полным комплексом элементов, необходимым при использовании интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.Solid particles of the fermented runoff are deposited on the filter, the precipitate is washed in the sludge tank with process water. The sludge-free filter element is again used to clean the drain. The resulting precipitate is dried in air and is a highly effective, environmentally friendly organic fertilizer with a humidity of 80%, including; whole bacteria, their membranes; bacteria lysis products, as well as metabolites of the anaerobic bacteria of the community, methanogens containing vitamin B12, as well as particles of plant organisms, including partially destroyed hemicellulose and lignin. Subsequent enrichment of this fertilizer with the precursors of active centers of redox and other intracellular enzymes used as micronutrient fertilizer converts the organic fertilizer into a high-yielding mineral-organic fertilizer, the components of which increase the physiological and biochemical activity of microorganisms in the root system. It is important that this organo-mineral fertilizer is capable of forming a fully functional photosynthetic apparatus in the plant body, all of whose activity is inextricably linked with the general metabolism of the plant. According to field trials of this type of micronutrient fertilizers, it is possible to obtain increased yields of agricultural products (by 20-30%) with a reduction in the duration of its maturation by 15-20 days. Moreover, the agricultural crop is characterized not only by high nutritional, taste and marketability, but also by increased biological value, which is very important for functionally regulatory medicine. Thus, the use of a new organo-mineral fertilizer is an important part of organizing an effective balanced nutrition system for plants with a full range of elements necessary when using intensive crop cultivation technologies.

Важно отметить, что предварительно очищенный в анаэробном биореакторе сток после прохождения через фильтрующую смесь 1-го фильтра приобретает свойства технологической структурированной воды, используемой в оборотном водоснабжении.It is important to note that the pre-treated runoff in an anaerobic bioreactor after passing through the filter mixture of the 1st filter acquires the properties of technological structured water used in recycled water supply.

Согласно СанПин 2.1.4.559-96 шунгит можно использовать для доочистки пищевых жидкостей и воды центрального водоснабжения. Отсюда технологическая вода, выходящая из 1-го фильтра, направляется на рециркуляцию обратно в биореактор и может быть объектом для превращения ее в физиологически полноценную питьевую воду. Это достигается тем, что полученная технологическая вода освобождается от растворенных в воде органических соединений, не трансформированных в 1-м фильтре. Это достигается путем фильтрации технологической воды через фильтр, заполненный фильтрующим элементом - щебнем шунгита с размером фракции от 20-40 мм и высотой загрузки от 20 до 50 см. (Гигиеническое заключение №121-5/873-6 от 30.10.81 Минздрава СССР).According to SanPin 2.1.4.559-96, shungite can be used for the purification of food liquids and central water supply. From here, the process water leaving the 1st filter is sent for recycling back to the bioreactor and can be the object for turning it into physiologically complete drinking water. This is achieved by the fact that the resulting process water is freed from organic compounds dissolved in water that are not transformed in the 1st filter. This is achieved by filtering process water through a filter filled with a filter element - shungite crushed stone with a fraction size of 20-40 mm and a loading height of 20 to 50 cm. (Hygienic opinion No. 121-5 / 873-6 of 10.30.81 of the USSR Ministry of Health) .

После прохождения 2-го фильтра с щебнем шунгита технологическая вода доочищается от растворенных органических соединений, приобретая качества физиологически полноценной питьевой воды без специфического запаха, свойственного животноводческим навозным стокам.After passing through the 2nd filter with shungite rubble, the process water is purified from dissolved organic compounds, acquiring the quality of physiologically complete drinking water without the specific smell inherent in livestock manure runoff.

Наблюдаемое существенное увеличение материального обмена между анаэробным бактериальным сообществом с окружающей средой имеют определенные методологические преимущества перед бактериями, не подвергавшимися воздействию указанных БАВ. Высокая степень сокращения ХПК жидкой фракции навоза (до 85%) указывает на то, что одна анаэробная ступень очистки обеспечивает получение очищенной воды, соответствующей нормам нормативной документации рыбохозяйственных водоемов. В связи с этим отпадает необходимость доочистки сброженного стока с использованием аэробного активного ила. Устранение в технологии доочистки стока с помощью аэробной операции предотвращает 1) возникновение второй экологической проблемы, связанной с утилизацией излишков биомассы активного аэробного ила, 2) снижает энергозатраты на аэрацию активного аэробного ила, 3) устраняет необходимость использования металлоемкого и дорогостоящего аэробного биореактора.The observed substantial increase in material exchange between the anaerobic bacterial community and the environment has certain methodological advantages over bacteria that are not exposed to these biologically active substances. A high degree of reduction in COD of the liquid fraction of manure (up to 85%) indicates that one anaerobic purification stage provides purified water that meets the standards of regulatory documentation for fishery reservoirs. In this regard, there is no need for post-treatment of fermented runoff using aerobic activated sludge. Elimination of waste water treatment technology using aerobic surgery prevents 1) the occurrence of a second environmental problem associated with the disposal of excess biomass of activated aerobic sludge, 2) reduces the energy consumption for aeration of activated aerobic sludge, 3) eliminates the need for metal-intensive and expensive aerobic bioreactor.

Применение анаэробного биореактора из железобетона и удаление из технологической схемы аэробной очистки стоков и аэробного биореактора - экономически выгодное использование метанового брожения очистки навозных стоков, получения биогаза - источника энергии и экологически чистой воды как технологического назначения, так и физиологически полноценной питьевой воды.The use of an anaerobic bioreactor from reinforced concrete and the removal of aerobic wastewater treatment and aerobic bioreactor from the technological scheme is an economical use of methane fermentation for manure treatment, biogas production - an energy source and environmentally friendly water for both technological purposes and physiologically safe drinking water.

Claims

A method of obtaining environmentally friendly mineral-organic fertilizers using methane fermentation, carried out by the biocenosis of anaerobic bacteria, including:

1) cavitation treatment of the liquid fraction of manure or waste water;

2) separate preparation of structured and biologically active water, obtained by dissolving in tap or process water a pre-dehydrated mixture of black or blue clay powder with 10% formic acid with a ratio of clay volumes and acid solution of 1: 1.5-2.0, into which sodium silicate in an amount of 20 mg / DM cubic to obtain silicon formate;

3) dilution in an anaerobic bioreactor of structured and biologically active water 10-30 times the cavitation-treated liquid fraction of manure or waste water;

4) preparation of a solution of biologically active substances (BAS) - water-soluble formates of biogenic metals: zinc succinate 0,00045 g / l (for zinc), mixed ligand compound of magnesium with nicotinamide and glycine at a dose of 0.49 g / l (for magnesium), aquacomplex manganese with pantothenic acid and cysteine in an amount of 0.25 g / l (for manganese), iron succinate in a dose of 0.0010 g / l (for iron), an aquaamine complex of cobalt with glycine with a concentration of 0.014 g / l (for cobalt) and aquacomplex of copper with vitamin C at a dose of 0, 00014 g / l (for copper);

5) filling the bioreactor with a solution of biologically active substances in a volume of 0.1% of the total volume of the fermented medium with thorough mixing;

6) the introduction of seed - a consortium of anaerobic bacteria into the bioreactor in an amount of 30% of the volume of fermented medium for the implementation of methane fermentation;

7) conducting methane fermentation in the mesophilic mode with daily replacement of 25% of the fermented medium with fresh one with the addition of a biologically active substance solution in the amount of up to 0.1% of the fermented mass volume, full loading of the bioreactor and entering the regime to obtain a COD reduction (the amount of oxygen equivalent to the amount consumed oxidizing agent necessary for the oxidation of all recovered wastewater, mg O ₂ / l of water) by 85% of the initial value and with a high methane content (over 82%) in the biogas produced;

8) drying the produced biogas;

9) obtaining return process water by filtration of the fermented liquid through the first biological filter filled with a mixture of filter elements, including processed black clay powder and shungite crushed stone;

10) the direction of the first biological filter with settled solid particles in the sludge collector to free from sediment sent for the preparation of environmentally friendly organic fertilizer;

11) directing the process water that has leaked through the first biological filter for recycling back to the bioreactor or for subsequent filtration through a second filter containing shungite gravel with a fraction size of 20–40 mm and a loading height of 20–50 cm, to obtain physiologically complete drinking water;

12) monitoring the composition of organic fertilizer for compliance with environmental standards, first of all, on the content of ammonium nitrogen: when the standard level is exceeded, sludge is recycled in an anaerobic reactor and then filtered through the first biological filter.