МЕТАНТЕНК Российский патент 1996 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к технике выработки биогаза при анаэробном разложении беззольного органического вещества продуктов жизнедеятельности животных и птицы и может быть использовано на очистных сооружениях сельского хозяйства.

Известен метантенк, включающий корпус с камерами кислого и щелочного брожения, сборниками иловой воды и биогаза, камеру метаногенеза в виде вертикальной шахты с поперечными сплошными и ситчатыми перегородками, образующими емкости, сообщенные между собой переливными стаканами, размещенной в емкостях насадкой для иммобилизации микроорганизмов, при этом нижняя часть камеры метаногенеза сообщена патрубком со сборником биогаза, а верхняя часть со сборником иловой воды [1] недостатком которого является невысокий выход биогаза из-за низкой полноты отделения иловой воды.

Цель изобретения повышение выхода биогаза за счет полного отделения иловой воды.

Она достигается тем, что ситчатая перегородка между камерой щелочного брожения и сборником иловой воды выполнена из деформируемого материала, например полотна, совершающего возвратно-поступательные перемещения одновременно с поддоном, размещенным под полотном, снабженным перфорированной крышкой, выходные отверстия которой обращены к поверхностям полотна.

Иловая вода, поступающая из сборника в камеру метаногенеза, обогащена биогенными элементами питания (углерод, азот, фосфор, микроэлементы) для размножения и роста метанообразующих бактерий. Повышение полноты отделения иловой воды улучшает условия жизнедеятельности метаногенов и соответственно выход биогаза. Возвратно-поступательное перемещение ситчатой перегородки с одновременной ее продувкой биогазом через отверстия в перфорированной крышке поддона исключает закупорку живого сечения ситчатой перегородки, а соответственно повышает отвод иловой воды для продуцирования биогаза.

На фиг. 1 показан продольный разрез камер кислого и щелочного брожения; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2 при нижнем положении ситчатой перегородки; на фиг. 4 разрез по Б-Б на фиг. 2 при верхнем положении ситчатой перегородки; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 схематически общий вид метантенка.

Метантенк включает корпус 1 с камерами 2, 3 и 4 кислого и камерами 5, 6 и 7 щелочного брожения, сборниками 8 иловой воды и сборниками 9, 10 биогаза, камеру метаногенеза в виде вертикальной шахты 11 с поперечными сплошными и ситчатыми перегородками 12 и 13, образующими емкости 14, сообщенные между собой переливными стаканами 15, размещенной в емкостях 14 с насадкой 16 для иммобилизации микроорганизмов, при этом нижняя часть камеры метаногенеза сообщена патрубком 17 с патрубками 18 и 19 сборников 9 и 10 биогаза, а верхняя часть камеры патрубком 20 с патрубком 21 сборника иловой воды 8. Ситчатая перегородка 22 между камерами 5, 6 и 7 щелочного брожения и сборником 8 иловой воды выполнена из деформируемого материала, например, полотна, совершающего возвратно-поступательные перемещения одновременно с поддоном 23, размещенном под полотном перегородки 22, снабженным перфорированной крышкой 24, выходные отверстия которой обращены к поверхности перегородки 22. Крышка 24 поддона 23 выполнена с ребрами 25, причем поддон выполнен с шарниром 26 и снабжен гидроцилиндром 27. Над ситчатой перегородкой 22 размещен скребок 28 с гидроцилиндром 29. Над камерами 5, 6 и 7 щелочного брожения размещен ферментер 30 с газовыми каналами 31, сообщенными с патрубком 32 шахты 11 камеры метаногенеза. Камеры 2, 3 и 4 кислого брожения выполнены с перемешивающими устройствами 33 и патрубками 34 и 35, а камеры 5, 6 и 7 щелочного брожения снабжены патрубком 36, а сборник 8 иловой воды выполнен с патрубком 37. Шахта 11 камеры метаногенеза выполнена с патрубками 38, 39 и 40. Ситчатые перегородки 13 выполнены с карманами 41, а под перегородками 13 размещены дутьевые емкости 42. Камера 7 щелочного брожения выполнена с разгрузочным устройством 43. Метантенк включает биокультиватор 44, дезинтегратор 45, смеситель 46, диспергатор 47, отделитель 48, а поддон 23 выполнен с патрубком 49.

Метантенк работает следующим образом.

Продукты жизнедеятельности животных и птицы поступают в жидком виде в отделитель 48 для отделения крупных включений для измельчения в диспергаторе 47 и в смесителе 46 осуществляют гомогенизацию и направляют через подогреватель смешения (на чертеже не показан) при температуре 32-36^oC через патрубок 35 в камеры 2, 3 и 4 кислого брожения, в которых при перемешивании устройствами 33 происходит распад беззольного органического вещества под воздействием масляно- и молочнокислых бактерий, например, клетчатки с образованием

летучих уксусной и масляных жирных кислот, растворимых в воде.

В камерах 2, 3 и 4 кислого брожения происходит распад
ЖИРЫ + H₂O __→ 2CH₄+ CO₂

УГЛЕВОДЫ + H₂O __→ 3CO₂+ 3CH₄
Раствор из камеры 4 кислого брожения по патрубкам 34 и 36 поступает в камеры 5, 6 и 7 щелочного брожения для продолжения распада беззольного органического вещества продуктов жизнедеятельности животных и птицы. При распаде белка образовался комплекс, содержащий сероводород, диоксид углерода и аммиак и при гидротации последнего образуется гидрат окиси аммония
NH₃+ H₂O __→ (NH₄)OH
и двууглекислый аммоний
NH₃+ CO₂+ H₂O __→ (NH₄)HCO₃,
обеспечивающие слабощелочную среду в камерах 5, 6 и 7.

Для обогащения биогаза метаном за счет восстановления диоксида углерода и освобождения его от сероводорода, биогаз отбирают через патрубки 18 и 19 и направляют в патрубок 17 шахты 11 камеры метаногенеза.

В камере метаногенеза шахты 11 иловая вода играет роль носителя биогенных элементов питания для метаногенов, а поэтому требуется ее максимальное отделение от кека в камерах 5, 6 и 7 щелочного брожения на ситчатой перегородке 22, выполненной из деформируемого полотна, содержащего вместе с поддоном 23 возвратно-поступательные перемещения относительно уровня "Г" сборника 8 от гидроцилиндра 27, причем во внутреннюю полость поддона 23 поступает сжатый метан, который истекает через отверстия перфорированной крышки 24 между ребрами 25. Подобная обработка ситчатой перегородки 22 исключает кальматацию (закупорку) живого сечения и повышает выход иловой воды в сборник 8.

Иловая вода из сборника 8 по патрубкам 21 и 20 поступает в емкость 14 шахты 11 метаногенеза, где на ситчатой перегородки 13 в присутствии насадки 16 для иммобилизации микроорганизмов происходит восстановление диоксида углерода до метана CO₂+ 4H₂ __→ CH₄+ 2H₂O, при этом вода играет роль окисляющего агента для сероводорода и восстанавливающего для диоксида углерода 2H₂O __→ 2H₂+ O₂
H₂S + O₂ __→ H₂O + S
при этом образующаяся органическая сера используется метанообразующими бактериями как биогенный элемент питания. Биогаз из патрубка 17 дутьевой емкости 42 барботирует через ситчатую перегородку 13 и по патрубкам 39 и 40 последовательно проходит снизу вверх и обогащенный метаном биогаз, освобожденный от сероводорода отводится по патрубку 32. Иловая вода последовательно проходит через переливные стаканы 15 сверху вниз и отводится по патрубку 38 в центрифугу (на чертеже не показана) для отделения биомассы, а иловая вода поступает в биокалькулятор 44, аналогичный по конструкции шахте 11 камеры метаногенеза для аэробной выработки биомассы. На ситчатых перегородках 13 накапливаются погибшие и старые микроорганизмы, которые через карманы 41 поступают в дезинтегратор 45 и дезинтеграт поступает на вход через патрубок 20 в шахту 11, где ферменты дезинтеграта обеспечивают разложение воды на водород и кислород.

Повышение полноты отделения иловой воды увеличивает выход биогаза, содержание метана в котором можно доводить до 95-98% а степень распада беззольного органического вещества до 90-95% против 5-50% в известных метантенках. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: утилизация стоков свиноводства с выработкой биогаза, обогащенного метаном, кормовой белковой добавки и компоста. Сущность изобретения: метантенк содержит герметичные камеры кислого и щелочного брожения, а также камеру синтеза диоксида углерода. Камера щелочного брожения выполнена с ложным днищем из нежесткой перфорированной ткани, под которым размещен сборник иловой воды и качающийся относительно шарнира поддон. Над ложным днищем размещен скребок с гидроцилиндром. Гидроцилиндр также перемещает поддон, а вместе с ним ложное днище относительно уровня иловой воды, обеспечивая отделение взвесей и промывку ложного днища при продувке его сжатым метаном. 6 ил.

Метантенк, содержащий корпус с камерами кислого и щелочного брожения, сборники иловой воды и биогаза, камеру метаногенеза в виде вертикальной шахты с поперечными сплошными и ситчатыми перегородками, образующими емкости, сообщенные между собой переливными стаканами, насадку для иммобилизации микроорганизмов, размещенную в емкостях, и патрубки, сообщающие нижнюю часть камеры метаногенеза со сборником биогаза, а верхнюю часть камеры со сборником иловой воды, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода биогаза за счет полного отделения иловой воды, он снабжен дополнительной ситчатой перегородкой, расположенной между камерой щелочного брожения и сборником иловой воды, выполненной в виде полотна из деформируемого материала и установленной с возможностью возвратно-поступательного движения, а также поддоном, установленным под полотном с возможностью одновременного с ним возвратно-поступательного движения и снабженным перфорированной крышкой, выходные отверстия которой обращены к поверхности полотна.