установка переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз

Формула изобретения

Установка для переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз, содержащая песколовку, корпус с технологическими патрубками, разделенный перегородкой на камеры кислого и метанового брожения с размещенными под ними сборниками бражки, и микрофильтры, отличающаяся тем, что она снабжена перекрытиями, размещенными в верхних частях камер для образования газовых емкостей, горизонтальной перегородкой, установленной в верхней части корпуса для образования емкости для товарного биогаза, камерами регрессии кислого брожения и метанизации, выполненными в виде шахт, разделенных горизонтальными перегородками на секции, заполненные зернистой загрузкой, имеющие пульсаторы, газовые выходные патрубки и сообщенные между собой переливными трубами с лучевыми барботерами, при этом верхняя часть камеры регрессии кислого брожения сообщена со сборником бражки камеры кислого брожения и газовой емкостью этой камеры, камера метанизации сообщена со сборником бражки камеры метанового брожения и емкостью для товарного биогаза, а лучевые барботеры сообщены с газовым выходным патрубком камеры регрессии кислого брожения и газовой емкостью камеры метанового брожения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к анаэробной очистке стоков с выработкой биогаза и может быть использовано при локальной очистке фекально- бытовых сточных вод жилых зданий и жилмассивов.

Известна установка для двухфазного анаэробного разложения углеродсодержащего материала, содержащая камеры кислого и метанового брожения по патенту США 4696746, кл. СО2F 11/04, 1987 г.

Недостатком этой установки является низкая концентрация метана в биогазе.

Наиболее близким аналогом к изобретению является установка для переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз, содержащая песколовку, корпус с технологическими патрубками, разделенный перегородкой на камеры кислого и метанового брожения с размещенными под ними сборниками бражки и миктрофильтры [1]

Задачей изобретения является повышение концентрации метана в биогазе.

Поставленная задача решается тем, что известная установка снабжена перекрытиями, размещенными в верхних частях камер для образования газовых емкостей; горизонтальной перегородкой, установленной в верхней части корпуса для образования емкости для товарного биогаза, камерами регрессии кислого брожения и метанизации, выполненными в виде шахт, разделенных горизонтальными перегородками на секции, заполненные зернистой загрузкой, имеющие пульсаторы, газовые выходные патрубки и сообщенные между собой переливными трубами с лучевыми барботерами, при этом верхняя часть камеры регрессии кислого брожения сообщена со сборником бражки камеры кислого брожения и газовой емкостью этой камеры, камера метанизации сообщена со сборником бражки камеры метанового брожения и емкостью для товарного биогаза, а лучевые барботеры сообщены с газовым выходным патрубком камеры регрессии кислого брожения и газовой емкостью камеры метанового брожения.

При распаде жиров и клетчатки в камере кислого брожения образуются жирные кислоты (уксусная, муравьиная, пропионовая, и т.д.) и спирты (метиловый, этиловый и т. п.) в виде летучих продуктов, которые тормозят жизнедеятельность бактерий, разлагающих белки и углеводы, особенно разложение последних. А в камере метанового брожения при распадке белков образуется комплекс газов, включающий двуокись углерода, аммиак и сероводород. При гидролизе комплекса образуются гидрат окиси аммония и друуглекислый аммоний, имеющие слабощелочную реакцию и подавляющие жизнедеятельность молочно и маслянокислых бактерий, разлагающих жиры и клетчатку и бактерий, разлагающий углеводы, а поэтому газовые потоки направляют в камеру метанизации, в которой происходит восстановление двуокиси углерода, до метана с использованием в качестве катализатора водорода, образованного в камерах кислого и регрессии кислого брожения. Вынос процесса восстановления жизнедеятельности метаногенов от воздействия летучих жирных кислот и спиртов, гидрата окиси аммония позволяет метановым бактериям осуществлять ферментное разложение воды на водород и кислород, что позволяет за счет ферментолиза получать массу метана, существенно превышающего массу беззольной органики. Выделяющийся при ферментолизе кислород окисляет сероводород до органической среды, что повышает качество биогаза. Все вместе взятое повышает концентрацию метана в биогазе.

На чертеже представлена схема установки для переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз.

Установка содержит песколовку 1, диспергатор 2, корпус 3, разделенный перегородкой на камеры 4 и 5 соответственно кислого и метанового брожения с технологическими патрубками 6 10, выполненные с ложными днищами 11 и 12, и размещенными под ними сборниками бражки 13 и 14, снабженными пульсаторами 15 и 16, в нижней части и перекрытиями 17 и 18 в верхней, образующими газовые емкости 19 и 20, горизонтальную перегородку 21 из газонепронициаемого материала в верхней части корпуса, образующей емкость 22 для товарного биогаза. Установка по потоку бражки снабжена микрофильтрами 23 и 24 и дополнительными диспергаторами 25 и 26. Установка снабжена камерами 27 регрессии кислого брожения и 28 метанизации, выполненными в виде шахт со сплошными горизонтальными перегородками 29, образующими секции 30, сообщенные между собой переливными трубами 31, имеющие пульсаторы 33 и зернистую загрузку 34 на сплошных перегородках 29 секций 30, причем камера 27 регрессии кислого брожения сообщена со сборником 14 бражки камеры кислого брожения в верхней части и с газовой емкостью 19 этой камеры 4, сообщенной с барботерами 32 каждой секции 30, а камера 28 метанизации сообщена со сборником 13 бражки камеры 5 метанового брожения, а лучевые барботеры 32 сообщены с газовыми выходным патрубком 35 камеры регрессии кислого брожения 27, а на выходе камера 28 метанизации сообщена с газовой емкостью 22 для товарного биогаза.

Установка переработки фекально-бытовых сточных вод работает следующим образом.

Стоки, нагретые до 32-38^oC, поступают в песколовку 1, в которой осаждением отделяют минеральные примеси и направляют в генератор 2, в котором ударно-акустическими, срезающими и истирающими воздействиями измельчают взвеси с гомогенизацией с водной средой и образованием субстрата. В камере 4 кислого брожения под воздействием масляно- молочно-кислых бактерий происходит распад жиров и клетчатки с образованием летучих жирных кислот (уксусной, муравьиной и т.д.) и спиртов (метилового, этилового и других), которые накапливаются в газовой емкости 19. На ложных днищах 11 в присутствии зернистой засыпки происходит дальнейшее измельчение взвесей под действием пульсаций, создаваемых пульсатором 15, одновременно это устраняет закупорку живого сечения днища 11 и обеспечивает проход бражки в сборник 13 и далее в камеру 27 регрессии кислого брожения. Одновременно через патрубок 10 из газовой емкости 19 в камеру 27 регрессии кислого брожения через лучевые барботеры 32 поступают летучие жирные кислоты и спирты и происходит их распад с образованием двуокиси углерода, водорода и других газовых примесей. Лучевые барботеры 32 имеют односторонние горизонтальные входные отверстия, что обеспечивает вращательное перемещение бражки и измельчение взвесей зернистой загрузкой 34, причем измельчению способствует работа пульсатора 33. Бражка последовательно протекает сверху вниз по переливным трубам 31, что обеспечивает сукцессию, т. е. использование метаболитов жизнедеятельности вышерасположенных микроорганизмов для питания микроорганизмов нижерасположенной секции 30 с одновременным исчерпыванием биогенных элементов питания бражки. Отработанная бражка со взвешенными в ней микроорганизмами поступает в микрофильтр 23 для отделения взвесей, которые измельчают в диспергаторе 25 и возвращают диспергат на вход в камеру 27 регрессии кислого брожения. Деспергирование происходит с разрушением оболочек бактерий с освобождением нуклеиновых кислот, ферментов, микроэлементов, витаминов, что является биостимулятором процессов в камере 27. Бражка из камеры 4 кислого брожения поступает в камеру 5, в которой происходит гидролитический распад белков и углеродов. При распаде белка образуется аммиак, который в свою очередь обеспечивает появление в бражке гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония, создающие щелочную реакцию среды в бражке этой камеры 5. При распаде органогенов образуются диоксид углерода и метан, которые собираются в газовой емкости 20 и оттуда через патрубок 6 их отбирают в лучевые барботеры 32 камеры 28 метанизации. Одновременно из сборника 14 по патрубку 7 отбирают бражку, которая поступает в верхнюю секцию 30 камеры 28. На перегородках 29 в присутствии зернистой загрузки 34, являющиеся помимо измельчителя буфером для иммобилизации метаногенов, происходит восстановление диоксида углерода до метана с использованием в качестве катализатора водорода, поступающего через патрубок 35 камеры 27 регрессии кислого брожения в барботеры 32 камеры 28 метанизации. Отсутствие воздействия метаболитов молочно- масляно- кислых бактерий повышает биологическую активность метагенов и обеспечивает ферментное разложение воды на кислород и водород. Кислород окисляет сероводород до органической среды, которая является микроэлементом питания для метаногенов, а водород, выделяющийся при ферментолизе, обеспечивает восстановление двуокиси углерода метана. Ферментолиз интенсифицируется работой пульсатора 33 и возвратом биомассы после отделения ее в миктрофильтре 24 и измельчения в диспергаторе 26. Образующиеся газы перемещаются от нижележащих секций 30 камеры 28 в вышележащие по переливным трубам 31, отводятся сверху и через патрубок 36 наполняют емкость 22 товарного биогаза с содержанием метана 95-98% Перекрытия 17, 18 и перегородка 21, одновременно с газовыми емкостями 19, 20 и 22 являются теплоизоляторами для биологических процессов, протекающих в камерах 5 и 4, что обеспечивает стабильность температур в пределах одного градуса от принятой. Поступление стоков в песколовку 1 и диспергата субстрата через патрубок 9 в камеру 4 кислого брожения непрерывное.