способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, включающий подачу в метантенк отходов, их сбраживание, перемешивание, вывод сброженного осадка, отбор биогаза из внешней и внутренней камер метантенка, отличающийся тем, что сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах, при этом перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в метантенк органических отходов.

2. Устройство для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, содержащее резервуар с цилиндрическим корпусом и коническими днищем и куполом, закрепленную на куполе и не доходящую до дна резервуара концентрическую перегородку, разделяющую резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, расположенный в нижней части резервуара разделительный элемент, образующий сборник осадка с трубопроводом его отвода, средство перемешивания сбраживаемых отходов, патрубок подвода органических отходов с его выходным участком и патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, отличающееся тем, что разделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса, который своим большим основанием прикреплен к боковым стенкам корпуса, а меньшим основанием обращен к днищу резервуара, при этом диаметр меньшего основания разделительного элемента выполнен меньше величины диаметра концентрической перегородки, а выходной участок патрубка подвода органических отходов расположен во внешней камере резервуара.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что разделительный элемент снабжен набором патрубков отвода из-под него биогаза, сообщающихся с внутренней камерой резервуара, а средство перемешивания сбраживаемых отходов выполнено в виде расположенного во внешней камере резервуара патрубка подвода органических отходов, выходной участок которого имеет разнонаправленные отводы.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус резервуара в его поперечном сечений выполнен в виде многоугольника.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус резервуара в его поперечном сечении имеет форму овала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области канализации и преимущественно предназначается к использованию в сельском хозяйстве на животноводческих и птицеводческих фермах, усадьбах сельских жителей и на индивидуальных садово-огородных участках для анаэробного сбраживания навоза, помета, фекалий и различных растительных отходов с выработкой из них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры и семян сорняков органических удобрений и горючего биогаза.

Известны способ анаэробного сбраживания осадка сточных вод и осуществляющее его устройство в виде коаксиального метатенка (а.с. СССР N 356251, C 02 F 11/04), согласно которым сырой осадок вводят в центральную часть резервуара коаксиального метатенка в зону сбраживания всей массы, где и смешивают с ней вводимый сырой осадок, тогда как коаксиальное выполнение в резервуаре метатенка не доходящей до дна резервуара перегородки образует внутри перегородки центральную камеру зону сбраживания, а между перегородкой и резервуаром внешнюю межстенную камеру, которую используют как зону уплотнения осадка и отделения иловой воды. В верхней части зоны уплотнения осадка, по всему периметру межстенной камеры, установлен перфорированный трубопровод сбора и отведения газа из камеры и для ее промывки.

Сбраживать известным способом разжиженные органические отходы сельского хозяйства, содержащих в своем составе обильное количество трудно сбраживаемых и легко всплываемых растительных органических материалов, каковыми, например, являются солома, торф, опилки и стружка древесины и другие компоненты навоза или помета, не представляется возможным, т.к. в верхней части центральной камеры метатенка образуется плотная трудноразрушаемая и препятствующая прохождению газа корка. При известном способе анаэробного сбраживания осадка сточных вод, с перемешиванием свежего осадка со всей сбраживаемой в одной камере метатенка массой, имеет место объединение многофазного процесса, каковым является процесс анаэробного сбраживания органики (гидролиз целлюлозосодержащих материалов, ферментация продуктов гидролиза, ацетатообразование и метаногенез), с усреднением фазных значений рН в единое значение рН всей в общей камере сбраживаемой массы, что значительно увеличивает время сбраживания, необходимое на распад целлюлозы, лигнина и другой огранки, снижает производительность.

Конструктивное выполнение известного коаксиального метатенка по а.с. N 356251, в котором осуществляют приведенный выше способ, также не позволяет обеспечить анаэробное сбраживание разжиженных органических отходов сельскохозяйственного производства, т. к. наряду с выполнением патрубка ввода сырого осадка в центральной части метатенка, он имеет и второй недостаток, состоящий в том, что установленный в межстенной камере кольцевой перфорированный трубопровод, предназначенный для отвода газа из межстенной камеры и периодической промывки всплывающих взвешенных веществ в зоне уплотнения в межстенной камере, не обеспечивает в центральной камере внутри, коаксиально установленной перегородки ни промывки верха камеры, ни разрушения в ней образующейся из всплывающих материалов корки. Для устранения недостатков в известном устройстве необходимы дополнительные конструктивные изменения.

Известны и другие способ анаэробного сбраживания насыщенных органическими веществами сточных вод и метантенк для его осуществления (а.с.СССР N 552308, C 02 F 11.04), внутри резервуара которого к его купольному покрытию коаксиально прикреплена не доходящая до днища концентрическая перегородка, образующая в верхней части метатенка внешнюю межстенную камеру разделения и внутреннюю центральную камеру сбраживания, снабженных газоотводными патрубками, а внутри центральной камеры установлены трубопровод подачи сырого осадка, мешалка и патрубок отвода осадка у днища.

Согласно и этому известному способу анаэробного сбраживания сточных вод, сбраживание осуществляют в центральной камере коаксиального метатенка, где вводимый в эту камеру свежий, насыщенный органическими веществами сырой осадок, смешивают со всей сбраживаемой массой, объединяя при этом разные фазы анаэробного сбраживания (гидролиза, ферментации, ацетатогенной и метаногенной фаз) воедино, усредняя фазные значения рН и смешивая преимущественные фазные симбиозы микроорганизмов, что замедляет процесс сбраживания и снижает производительность.

Приведенные недостатки известного способа не позволяет использовать его для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельскохозяйственного производства, насыщенных трудносбраживаемых и легко всплываемыми растительными материалами.

Конструктивное выполнение известного по а.с. N 552308 метантенка с коаксиально закрепленной внутри его резервуара концентрической перегородкой имеет тот недостаток, что он не обеспечивает возможность осуществления пофазного анаэробного сбраживания органических отходов, а подающий сырой осадок трубопровод, установленный внутри центральной общей камеры сбраживания, исключает возможность осуществить пофазное сбраживание без конструктивных изменений метантенка.

Вместе с тем по технической сущности и достигаемому результату известные по а.с. N 552308 способ анаэробного сбраживания осадка сточных вод и метантенк для его осуществления являются наиболее близкими к изобретению.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа и устройства для его осуществления, которые обеспечили бы наиболее эффективное анаэробное сбраживание различных разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, включая навоз, помет, фекалии, солому, торф, опилки и стружку древесины, ботву и стебли растений с возможностью приготовления из них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков, органических удобрений и горючего биогаза на энергетические нужды.

Согласно изобретению поставленная задача в выполнении способа достигается тем, что способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, включающий подачу в метантенк отходов, их сбраживание с перемешиванием, вывод сброженного осадка, отбор биогаза из внешней и внутренней камер метантенка, выполняют так, что сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах, при этом перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в метантенк органических отходов.

Достигается поставленная задача и новым конструктивным выполнением устройства для осуществления приведенного выше нового способа анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, содержащего резервуар с цилиндрическим корпусом и коническим днищем и куполом, закрепленную на куполе и не доходящую до днища резервуара концентрическую перегородку для сбраживания в резервуаре внешней и внутренней камер сбраживания, расположенный в нижней части резервуара разделительный элемент для образования сборника осадка с трубопроводом его отвода, средство перемешивания сбраживаемых отходов, имеющий вводной участок патрубок подвода органических отходов, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, изготовленного так, что разделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса, который своим большим основанием прикреплен к боковым стенкам корпуса, а меньшим основанием обращен к днищу резервуара, при этом диаметр меньшего основания разделительного элемента выполнен меньше размера диаметра концентрической перегородки, а патрубок подвода органических отходов введен во внешнюю камеру. Задача достигается и тем, что разделительный элемент снабжен набором патрубков отвода биогаза, которые сообщены с внутренней камерой резервуара, а средство перемешивания сбраживаемых отходов выполнено в виде патрубка подвода органических отходов, вводной участок которого, расположенный во внешней камере резервуара, имеет разнонаправленные отводы, По форме изготовления устройство в плане выполняют в виде различных геометрических фигур, например, прямоугольника, многоугольника, овала, эллипса или другой формы, что позволяет его изготавливать как из листового металла, монолитного или сборного железобетона, так и из штучных камней: кирпича, бутового камня, малых блоков и других местных материалов.

На чертежах схематично приведено устройство коаксиального метантенка, где показаны:

фиг. 1 общий вид коаксиального метатенка в разрезе;

фиг. 2 фиг. 9 виды поперечных сечений А-А фиг. 1 применительно к возможным формам устройства коаксиального метантенка в плане.

Коаксиальный метантенк (фиг. 1 и 2) представляет собой герметичный цилиндрический резервуар 1 с коническим днищем 2 и купольным покрытием 3, сверху которого установлен газосборник 4 с газосборным патрубком 5, а снизу к купольному покрытию 3 коаксиально прикреплена не доходящая до днища 2 концентрическая перегородка 6, образующая в верхней части резервуара 1 внешнюю межстенную 7 и внутреннюю центральную 8 камеры. Внешняя межстенная камера 7 имеет газоотводный патрубок 9 и трубопровод подачи сырого осадка или разжиженных органических отходов 10, патрубок которого имеет разнонаправленные отводы, что обеспечивает перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере 7 напором вводимого потока. Под внешней межстенной камерой 7 и под внутренной коаксиально расположенной концентрической перегородкой 6 выполнен прикрепленный большим своим основанием к стенке резервуара 1 наклоненный вниз разделительный элемент в виде усеченного конуса 11, диаметр меньшего основания которого "Б" меньше размера диаметра "А" коаксиально расположенной концентрической перегородки 6. В верхней своей части разделительный элемент 11 снабжен трубами 12 для отвода биогаза из под него и нижней камеры в центральную внутреннюю камеру 8. Для вывода из метатенка сброженного осадка и для опорожнения метатенка выполнен трубопровод 13. Другие трубопроводы (для подогрева метантенка, контроля перелива и др.) на чертежах не показаны, т.к. выполнение возможно во многих вариантах.

Анаэробное сбраживание разжиженных органических отходов сельского или коммунального хозяйства в предложенном коаксиальном метантенке выполняют следующим образом.

Свежие разжиженные органические отходы сельского или коммунального хозяйства влажностью 934% по трубопроводу 10 вводят под напором в межстенную камеру 7, где струями разнонаправленных потоков из отводов патрубка 10 вводимые отходы смешивают с содержимым камеры 7. При этом легко всплываемые трудносбраживаемые целлюлозу, легнин, жир и белки, содержащие легкие включения, всплывают вверх, будучи до этого перемешаны потоками струй с содержимым камеры 7 и обсеменены тем самым активным симбиозом расщепляющих (гидролизующих) микроорганизмов, обеспечивающих в первой фазе анаэробного сбраживания разрушение сложных соединений в более простые с образованием из них во второй фазе сбраживания более плотных кислот и аминокислот, имеющих рН менее 7,2 и опускающихся вниз по камере 7 и наклонному разделительному элементу 11 в нижнюю камеру, где при рН более 7,2 осуществляют последующие ацетогенную и метаногенную фазы анаэробного сбраживания.

Образующийся в межстенной камере 7 малокалорийный биогаз выводят из нее по патрубку 9, а более калорийный биогаз, образующийся в основном в нижней камере и под разделительным элементом 11, выводят как через отверстие размером "Б" в разделительном элементе 11, так и через трубы 12 в центральную камеру 8.

Постоянное поступление биогаза из нижней камеры в центральную 8 обеспечивает при этом интенсивное перемешивание биогазом как содержимое нижней и центральной камер, так и постоянное активное смешивание содержимого этих двух камер с вливающимся в них из межстенной камеры 7 более плотного потока кислот и аминокислот, раскисляемого восходящими газонасыщенными потоками сбраживаемой массы из нижней камеры. Обильное поступление биогаза из нижней камеры в центральную 8 обеспечивает у основания газосборника 4 постоянно "кипящую" поверхность сбраживаемой в метантенке массы, препятствуя тем самым образованию плотной корки, тогда как при подъеме биогаза от днища 2 к основанию горловины 4 осуществляется досбраживание легких частиц массы и поглощение из биогаза сероводорода на формирование симбиоза микроорганизмов, осуществляющих процесс анаэробного сбраживания.

Такое, приведенное выше в указанной последовательности пофазное выполнение анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов в обособленных сообщающихся камерах одного метантенка, обеспечивает более быстрый распад трудносбраживаемой органики, повышает выход биогаза, увеличивает производительность метантенка.

Предложенный способ анаэробного сбраживания разжиженных сельскохозяйственных или коммунальных органических отходов и стоков может быть осуществлен в широком диапазоне температурных режимов от 12^o до 60^oC, выбор оптимального из которых обуславливается конкретными условиями, видом органики, назначением циклического или непрерывного процесса сбраживания.

Экспериментальная проверка предложенного способа анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и метантенка для его осуществления, проведенная применительно к сбраживанию помета кур, навоза крупного рогатого скота и свиней, показала высокую эффективность и позволила обеспечить получение до 0,8 литра биогаза с 1 кг разложившегося абсолютно сухого органического вещества.