УТИЛИЗАЦИОННАЯ БИОМЕТАНОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к утилизации фекально-бытовых стоков (ФБС), твердых бытовых отходов (ТБО) с выработкой биометана и интенсификацией жизнедеятельности метаногенов вводом малоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и может быть использовано на атомных тепловых и электрических станциях, на базах атомного подводного и надводного флота, на исследовательских реакторах.

Известна УБУ, содержащая сборники ФБС и ТБО, сообщенные с диспергатором приготовления субстрата и теплообменником для его нагрева и последующего сбраживания в камерах кислого, регрессии кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, снабженных перемешивающими устройствами и иммобилизационной насадкой, и насосами перемещения субстрата и бражки, в которой отсутствует достаточность стабилизации температурного режима в камере метаногенов, причем колебания температуры не должны превышать 1^oC в сутки, что снижает эффективность работы установки.

На фиг.1 показан насос, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 схема утилизационной биометановой установки (УБУ).

УБУ содержит сборник 1 ФБС и сборник 2 ТБО, сообщенные с диспергатором 3 и теплообменником 4 и по субстрату с камерами 5 кислого, 6 регрессии кислого, 7 нейтрального и 8 щелочного брожения и последние по биогазу и бражке сообщены с камерой 9 метанового брожения, причем камеры 5, 6, 7 и 8 выполнены с перемешивающим устройством 10 и иммобилизационной насадкой 11, при этом камера 9 метанового брожения снабжена перегородками с перфорацией 12, образующими секции 13, а по оси камеры 9 метанового брожения смонтирован приводной вал 14 с лопастями 15 и дисками 16, причем диски 16 с перфорированными перегородками 12, образуют дутьевые секции 17, сообщенные с нагнетателями 18, при этом секции 13 сообщены друг с другом переливными стаканами 19 и 20, а внизу камера 9 метанового брожения сообщена с инерционным микрофильтром 21 и насосом 22, содержащим улиткообразный корпус 23 с патрубками 24 всасывания и 25 нагнетания, установленный в корпусе 23 ротор 26 с лопастями, в виде чередующихся выступов 27 и впадин 28 с разгрузочными отверстиями 29 на боковой поверхности, при этом в кольцевом зазоре 30 между корпусом 23 и ротором 26 установлены стержни 31, чередующиеся своими свободными концами 32 относительно кольцевого зазора 30 между корпусом 23 и ротором 26, при этом насос 2 своим патрубком нагнетания 25 сообщен с верхом камеры 9 метанового брожения, а микрофильтр 21 по избыточной биомассе сообщен с камерой 33 пиролиза, включающей транспортный орган 34 с верхней 35 сушильной и нижней 36 пиролизной ветвями, а под ложным днищем 37 размещена топка 38, сообщенная по биометану с камерой 9 метанового брожения, а камера 33 пиролиза по коксу сообщена с контейнером 39 твердых радиоактивных отходов (ТРО).

УБУ работает следующим образом.

ФБС поступают в сборник 1 и освобождаются от минеральных включений, В сборнике 2 ТБО отбирают для использования углеродсодержащие отходы (макулатура, пищевые отходы и т.д.). ФБС и ТБО измельчают в диспергаторе 3 с приготовлением субстрата с концентрацией взвесей 1-5% и соотношением углерода, азота и фосфора в пределах 100:5:1. Субстрат нагревают в теплообменнике 4 до 36-38^oC и последовательно сбраживают в камерах 5, 6, 7 и 8 при перемешивании устройством 10 в присутствии иммобилизационной насадки 11. Недоброд из камеры 8 щелочного брожения перемещают в камеру 7 нейтрального брожения для получения слабощелочной среды за счет гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония. Бражка из камеры 8 щелочного брожения поступает в камеру 9 метанового брожения и по переточным стаканам 19 и 20 перетекает сверху вниз, причем в бражку из сборника 40 добавляют малоактивные ЖРО для интенсификации жизнедеятельности метаногенов. Биогаз из камеры 8 щелочного брожения нагнетателями 18 через дутьевые секции 17 продувают через перфорированные перегородки 12 и слой бражки с иммобилизационной насадкой 11. Причем биогаз отбирают нагнетателями 18 из предыдущей секции 13 и перемещают через слой бражки в последующую секцию 13 с исчерпыванием диоксида углерода и восстановления его в метан. Из нижней части камеры 9 метанового брожения бражку, со взвешенными в ней старыми и мертвыми клетками метаногенов, отбирают в центробежный микрофильтр 21 для отделения биомассы, которая обрабатывается в насосе 22 с разрушением оболочек метаногенов в кольцевом зазоре 30 между корпусом 23 и ротором 26 гидродинамическим, кавитационным и тепловым воздействием при многократных переходах динамического давления в статическое и наоборот, причем часть энергии давления переходит в тепловую с интенсификацией трансформации давления вибрированием свободных концов 32 стержней 31. При дезинтегрировании оболочек метаногенов освобождаются ферменты, которые поступают в верхнюю часть камеры 9 метанового брожения. Ферменты дезинтеграта совместно с ферментами молодых клеток метаногенов осуществляют разложение воды на водород и кислород ферментолиз. Водород ферментолиза восстанавливает диоксид углерода до метана, а кислород окисляет примеси, например сероводород, до органической серы, являющейся микроэлементом питания. Иммобилизационная насадка 11 обеспечивает адаптацию метаногенов к изменению состава бражки при ее движении сверху вниз по переточным стаканам 19 и 20. Нагнетатели 18 последовательно перемещают биогаз из нижележащих секций 17 в вышележащие с переводом его в биометан. Бражка из камеры 9 метанового брожения поступает в инерционной микрофильтр 21 для отделения биомассы метаногенов, которую дезинтегрируют в насосе 22. Избыточная биомасса метаногенов, которая сорбировала на своей поверхности радионуклиды в поступает в пиролизную камеру 33. На верхней ветви 35 транспортного органа 34 биомассу подсушивают, на нижней 36 подвергают сухой перегонке без доступа воздуха в среде нагретых топочных газов, получаемых от сжигания биометана в топке 38, причем продукты сгорания поступают в нагнетатель 18 камеры 9 метанового брожения для утилизации тепла и диоксида углерода. Образующийся кокс от сухой перегонки биомассы метаногенов ТРО поступает в контейнер 39. Избыточный биометан УБУ может быть использован для выработки электроэнергии привода оборудования установки. Особенностью радионуклидов является то, что они не угнетают жизнедеятельности метаногенов и одновременно обеспечивают высокие коэффициент накопления, порядка 10³-10⁵. Максимальные концентрации радионуклидов в метаногенах достигаются через 5-10 мин после ввода ЖРО в камеру 9 метанового брожения. Использование в камере 9 бражки до минимума уменьшает массу кокса, а соответственно, потребность в контейнерах 39.

Утилизационная биометановая установка обеспечивает оздоровление экологической обстановки вокруг атомных тепловых и электрических станций, поселка энергетиков. Ее использование в бассейнах выдержки ТВЭЛов сокращает время выдержки, в установках дезактивации оборудования при его ремонтах обеспечивает нормализацию санитарной обстановки для обслуживающего персонала.

Использование: утилизация фекально-бытовых стоков (ФБС), твердых бытовых отходов (ТБО) с выработкой биометана и интенсификацией жизнедеятельности метаногенов вводом малоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и может быть применена на атомных тепловых и электрических станциях, на базах атомного подводного и надводного флота, на исследовательских реакторах. Сущность изобретения: после сбраживания субстрата из ФБС и ТБО в камерах 5, 6, 7 и 8 кислого, регрессии кислого, нейтрального, щелочного брожения, бражку отбирают и сбраживают в камере 9 метанового брожения. К бражке добавляют малоактивные ЖРО для интенсификации метаногенеза в секциях 17 при продувке биогаза нагнетателями 18 через перфорированные перегородки 12 и слой иммобилизационной насадки 11. Бражка перетекает сверху вниз по переточным стаканам 19 и 20. Биомассу отделяют в инерционном микрофильтре 21 и дезинтегрируют в насосе 22. При вращении ротора жидкость выбрасывается из впадин через кольцевой зазор между стержнями, выполненными со свободными концами. Гидродинамический напор переходит в статический, подобные трансформации осуществляются многократно, что приводит к нагреву жидкости. Между стержнями и во впадинах ротора возникают разрежения с образованием пара из жидкости. Вибрирование свободных концов стержней повышает интенсивность гидродинамических, кавитационных и тепловых воздействий на оболочки метаногенов с освобождением при дезинтеграции физиологически активных веществ и ферментов для разложения воды в камере 9 метанового брожения. 3 ил.

Утилизационная биометановая установка, содержащая камеры кислого и щелочного брожения, камеру метанового брожения, сообщенную по биогазу и бражке с камерой щелочного брожения и выполненную с перфорированными перегородками, дутьевыми секциями, нагнетателями, сообщающими секции переливными стаканами и микрофильтр, отличающаяся тем, что она снабжена сборниками фекальнобытовых стоков и твердых бытовых отходов с диспергатором и теплообменником, соединенными с камерой кислого брожения, имеющей также камеры регрессии кислого и нейтрального брожения, камеры снабжены перемешивающими устройствами и иммобилизационной насадкой, камера метанового брожения снабжена установленным по оси приводным валом с лопастями и дисками, которые с перфорированными перегородками образуют дутьевые секции, а также сообщенным с микрофильтром насосом, который имеет улиткообразный корпус с патрубками всасывания и нагнетания, и установленный в корпусе ротор с лопастями в виде чередующихся выступов и впадин с разгрузочными отверстиями по боковой поверхности, в кольцевом зазоре между корпусом и ротором установлены стержни, чередующиеся свободными концами относительно стенок корпуса и ротора, патрубок нагнетания насоса соединен с верхней частью камеры метанового брожения, установка снабжена камерой пиролиза, выполненной из верхней сушильной и нижней пиролизной секции с транспортным органом и топкой, камера пиролиза сообщена по метану с камерой метанового брожения, а по коксу со сборником твердых отходов.