СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ГОРОДСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C02F3/28 

Изобретение относится к способу для разложения и рециркуляции твердых городских отходов с помощью анаэробной ферментации и устройству для его осуществления.

Известен способ переработки твердых отходов, заключающийся в том, что мусор измельчают до величины частиц 1 см и смешивают с осадком сточных вод в таком количестве, чтобы содержание воды в полученной смеси составляло 45-79 мас. % . Полученную смесь подвергают анаэробному сбраживанию. Биогаз отводят из реактора, а часть сброженного материала рециркулируют в реактор.

Технические результат заключается в повышении выхода биогаза, а кроме того, решается проблема, связанная с ликвидацией твердых городских отходов, и проблема избытка шламов, получаемых на установках биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод, причем проблемы могут быть решены при умеренных капитальных и эксплуатационных затратах. Установка и ее работа не оказывают отрицательного влияния на землепользование, поскольку она подобна промышленным установкам, которые могут размещаться на ограниченном пространстве без опасности для нижележащих подземных водоносных слоев.

Способ осуществляют следующим образом.

Размельчают твердые городские отходы до размеров, пригодных для транспортировки, смешивают размельченные отходы с водной суспензией биологического шлама с последующей анаэробной ферментацией до прекращения выделения биогаза, в качестве биологического шлама используют активный ил после аэробной очистки сточных вод, который предварительно выдерживают при 40-100^оС в течение 10-180 мин и засеивают бактериями, способными осуществлять анаэробное разложение, анаэробную ферментацию ведут в условиях псевдоожиженного слоя.

Активный ил, содержащий твердые вещества 3 - 30 мас.%, смешивают с твердыми городскими отходами в соотношении 10:(1-10), смешивание проводят при 20 - 80^оС в течение 1-30 мин.

Устройство для анаэробной ферментации водной суспензии городских твердых отходов и биологического шлама в псевдоожиженном слое содержит закрытую емкость с герметичными дверцами, узел для выгрузки продуктов после ферментации, узел для подачи в ферментер водной суспензии, узел для сбора биогаза в ходе процесса ферментации, фильтрующую среду, состоящую из непряденых волокон, покрывающих стенки и днище ферментера, и способную пропускать жидкую фазу суспензии, а также насосное и подающее оборудование для рециркуляции просочившейся через фильтрующую среду жидкости.

На фиг. 1 изображена технологическая схема процесса переработки твердых городских отходов; на фиг. 2 - устройство, продольный разрез.

Твердые городские отходы 1 подаются без предварительной сортировки в размалывающее оборудование 2, где они размельчаются до размеров кусков 1 - 5 см. Из последнего отходы подаются в смеситель 3, представляющий собой, например, шнек, который смешивает размельченные отходы с потоком 4 водной суспензии биологического шлама 5. Содержание твердого вещества в биологическом шламе обычно составляет от 3 - 30 мас.% в пересчете на сухое вещество.

Биологический шлам перед смешением с твердыми отходами подвергается тепловой обработке в автоклаве 6 при 40 - 100^оС в течение 10 - 180 мин и засевается специально подобранными бактериями 7 в количествах, достаточных для эффективного анаэробного разложения гниющих веществ, содержащихся в смеси отходов и биошлама.

Обычно твердые городские отходы и биологический шлам смешиваются в соотношении 10:(1-10), а процесс смешения проводится при 20 - 80^оС в течение 1-30 мин.

На выходе из смесителя к смеси добавляется поток жидкости 8 в таком количестве, чтобы получить суспензию 9 с содержанием твердого сухого вещества предпочтительно в пределах 15-30 мас.%. Эта суспензия затем подается центробежным насосом 10 в емкость 11, где и подвергается анаэробной ферментации.

Устройство изображено на фиг. 2 и представляет собой закрытую емкость из армированного бетона с герметичной дверцей 12, чтобы было удобно выгружать из ферментера в мусоровоз или другой грузовик инертные материалы в конце ферментационного периода.

Внутренняя поверхность и днище емкости 11 покрыты слоем фильтрующего материала 13, состоящего из композитных непряденых волокон. Эта среда выполняет фильтрующую и дренирующую функции, при этом в ферментере остаются твердые материалы, а жидкая фаза проходит через фильтрующую среду у стенок и днища аппарата. Фильтрующий слой предпочтительно состоит из 100% синтетических волокон, механически скрепленных между собой прошивкой. Волокна имеют различные толщины, причем отношение весовых показателей нитей может быть в пределах 1 - 0,3 в зависимости от размера твердых частиц суспензии в ферментере.

В таблице представлены характеристики и свойства предпочтительных текстильных материалов, используемых в ферментере в соответствии с данным изобретением.

Внизу ферментера имеется колодец 14, в который попадает жидкость, просочившаяся через фильтрующий материал 13. Система рециркуляции жидкости включает центробежный насос 15, забирающий просочившуюся жидкость из колодца 14 и подающий ее в ферментер через патрубок 16, входящий в ферментер вблизи его верхнего днища. Система рециркуляции включает также теплообменник 17, в котором просочившаяся и собранная снова жидкость доводится до рабочей температуры ферментации.

Ферментер также имеет коллектор 18 для сбора биогаза и отвода его на очистку или на сжигание в топке 19.

Устройство работает следующим образом.

В емкость задается биологический режим, когда происходит анаэробная конверсия гниющих органических веществ, содержащих углерод, водород и кислород с получением метана, углекислого газа и воды.

Процесс разложения в устройстве проводится в режиме кипящего слоя, причем просочившаяся вода непрерывно циркулирует и охлаждается в стационарном режиме в водно-водном теплообменнике 17 для поддержания оптимальной температуры процесса ферментации, необходимой для развития и действия бактерий, подобранных для данного процесса. Обычно температура ферментации составляет 30 - 40^оС.

Прошедшая через фильтрующую среду вода стекает по стенкам и днищу емкости, собирается в колодце 14 и перед рециркуляцией доводится до необходимой температуры, требуемой для данного процесса. Благодаря проницаемости прошивной волоконной фильтрующей среды биогаз собирается вверху ферментера, входит в коллектор 18 и очищается или посылается в топку 19 энергогенераторов. Скорость биологической конверсии можно регулировать дозировкой микроорганизмов, чтобы время конверсии составляло 20 - 60 сут. Предпочтительным является проведение описываемого процесса в трех емкостях 11 ферментера для обеспечения непрерывности переработки.

При стационарных рабочих условиях по меньшей мере в одной из емкостей проходит биологическая конверсия, а в двух других осуществляются соответственно операции загрузки и выгрузки.

По ходу процесса биологической конверсии по мере приближения к его окончанию просачивающаяся вода постепенно охлаждается и используется как поток жидкости 8 для регулирования водосодержания суспензии на выходе из смесителя 3. Конец реакций ферментации характеризуется прекращением выделения газа. В это время оставшийся в емкости инертный материал промывают водой. Промывные воды добавляют к потоку просачивающейся жидкости. Затем емкость открывают. Уплотненный инертный материал, не содержащий органики, механически выгружается из емкости и оставляется для сушки на открытом воздухе. Этот материал можно использовать в качестве наполнителя при рекламации почвы, его можно рассортировать с получением горючих фракций, которые будут энергетическим топливом для выработки электроэнергии.

Изобретение позволяет решить проблему, связанную с ликвидацией твердых городских отходов и избытка шламов из установок биологической очистки бытовых и промышленных вод.

Сущность изобретения: городские отходы размалывают до размеров, пригодных для транспортировки, и смешивают с водной суспензией биологического шлама, в качестве которого используют активный ил, предварительно обработанный при 40-100°С в течение 10-180 мин, и заливают бактериями, способными осуществлять разложение компонентов отходов в закрытом ферментере, работающем в режиме псевдоожиженного слоя. В условиях анаэробной фермантации разложение проводят до тех пор, пока практически не прекращается выделение биогаза. Предпочтительно активный ил содержит твердое сухое вещество 3-30 мас.%, его смешивают с твердыми городскими отходами в соотношении (10:1)-(10:10), смешивание проводят при 20-80°С в течение 1-30 мин. В устройстве для переработки твердых городских отходов в закрытой герметичной емкости размещена фильтрующая среда, выполненная из непряденых текстильных волокон. Эти волокна имеют размер пор 65-130 мкм и проницаемость 1,5-3,0 c^-1 2 с.п. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ГОРОДСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.