МЕТАНТЕК Российский патент 1997 года по МПК C02F3/22 C02F11/04 

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические отходы сельскохозяйственного производства, и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и коммунального хозяйства.

Известна установка для анаэробной очистки сточных вод, содержащая резервуар с патрубком для ввода исходной жидкости, желоба для сбора очищенной воды, коллекторную систему для сбора и удаления газа из жидкости в виде нагнетательной трубы с колпаками, расположенными слоями по высоте резервуара, а также разделительной камерой, соединенной с нагнетательными трубами коллекторных систем (1). Недостатком известной установки является то, что при обработке низкоконцентрированных сточных вод велика вероятность вымыва анаэробной биомассы из реактора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа конструкция метантенка анаэробного фильтра, применяемая для анаэробного сбраживания низкоконцентрированных сточных вод, содержащих органические вещества (2). Корпус метантенка выполнен в виде вертикального цилиндрического сосуда. Нижняя и верхняя крышки сосуда представляют собой конусы. Подача сточных вод осуществляется через патрубок, установленный в нижней части метантенка коаксиально к оси цилиндра. Реакционная часть метантенка заполнена обрабатываемой сточной водой и инертным иммобилизационным носителем анаэробной биомассы. Верхняя часть метантенка, составляющая 5 10% от общего объема сосуда, заполнена выделяющимся биогазом. На уровне раздела жидкой и газовой сред радиально к оси цилиндра расположен патрубок для отвода обработанного стока. Для отвода биогаза в верхней части сосуда установлен патрубок коаксиально к оси цилиндра.

Процесс анаэробного сбраживания, протекающий в метантенке указанной конструкции, можно охарактеризовать как экстенсивный, то есть его эффективность достигается путем создания в реакторе высокой концентрации анаэробной биомассы, являющей количественной характеристикой процесса.

Недостатком указанной конструкции является отсутствие устройства для пеногашения.

Известно, что процесс анаэробного сбраживания, как правило, сопровождается пенообразованием, особенно при высоком выходе биогаза с единицы объема реактора. Это явление зачастую приводит к заполнению газовой полости и газоотводного патрубка пеной, что приводит к нарушению режима сбраживания и зачастую к аварийной ситуации.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы метантенка - анаэробного фильтра за счет интенсификации процесса анаэробного сбраживания сточных вод и отделения биогаза от сбраживаемой массы, а также обеспечения пеногашения в газовой полости реактора.

Указанная цель достигается тем, что в метантенке анаэробном фильтре, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки в виде корпуса, в нижней части патрубок для подачи сточных вод, реакционную часть, заполненную сточной водой и инертным иммобилизационным носителем анаэробной биомассы, в верхней части газовую полость, совмещены в единую конструцию патрубок для отвода обработанного стока и патрубок для отвода биогаза. Патрубок для отвода обработанного стока и биогаза распложен в верхней части метантенка, коаксиально к оси цилиндра, причем нижний обрез патрубка расположен на уровне раздела газовой и жидкой сред, а верхний переходит в газожидкостную магистраль. Магистраль связывает между собой метантенк и камеру разделения сред, представляющую собой герметичный сосуд в днище которого установлен патрубок для отвода обработанного стока, а в крышке патрубок отвода биогаза.

Такое конструктивное решение позволяет создавать циклическое изменение давления внутри реактора метантенка и колебание уровня обрабатываемой сточной воды, что приводит к циклическому изменению как направления градиента скоростей движения жидкости в реакторе, так и к постоянному изменению скаляра этого градиента. Это приводит к интенсификации процесса анаэробного сбраживания вследствии постоянной переориентации и обновления граничных поверхностей обрабатываемой жидкой среды и анаэробной биомассы. Кроме того, это позволяет избегать накапливания в отдельных точках реактора метантенка промежуточных и конечных продуктов разложения органических веществ, в частности пузырьков биогаза. Циклическое колебание уровня обрабатываемой жидкости в реакторе метантенка, как показывает практика, является эффективным способом борьбы с чрезмерным пенообразованием.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства. Метантенк включает вертикальный цилиндрический корпус 1, герметично закрытый снизу и сверху конусообразными крышками 2 и 3, в нижней крышке установлен коаксиально к оси цилиндра патрубок 4 для подачи сточных вод, его реакционная часть заполнена обрабатываемой сточной водой и инертным иммобилизационным носителем 5 анаэробной биомассы, в верхней крышке установлен коаксиально к оси цилиндра патрубок 6 для отвода обработанного стока и биогаза, нижний обрез которого находится на уровне раздела газовой и жидкой сред, а верхний обрез переходит в газожидкостную магистраль 7, которая соединяет метантенк и камеру 8 разделения сред, в днище которого устроен патрубок 9 для отвода обработанного стока, а в крышке камеры патрубок 10 отвода биогаза.

Устройство работает следующим образом. Сточные воды с постоянным расходом поступают в метантенк на обработку через патрубок 4. Обработка сточных вод происходит в реакционной части метантенка и заключается в разложения органического вещества с выделением биогаза. На начальном этапе уровень обрабатываемой сточной воды находится выше нижнего обреза патрубка 6, что обуславливает создание гидравлического затвора, биогаз накапливается в газовой полости метантенка, а по патрубку 6 и магистрали 7 движется обработанный сток в камеру 8 разделения сред. В результате постоянного выделения биогаза давление в метантенке возрастает, и уровень обрабатываемой жидкости понижается, в конечном итоге достигает уровня нижнего обреза патрубка 6, что приводит к выбросу биогаза в патрубок 6. При этом в нем и магистрали 7 образуется газожидкостный поток, поступающий в камеру 8. Часть накопленного биогаза покидает метантенк, давление понижается, уровень обрабатываемой жидкости начинает повышаться, гидравлический затвор на патрубке 6 закрывается, и цикл повторяется. Одновременно, в камере разделения сред 8 под действием разности плотностей биогаза и обработанного стока методом отстаивания осуществляется отделение биогаза от обработанного стока. Отделенный биогаз из камеры 8 отводится на дальнейшую утилизацию посредством патрубка 10, а обработанный сток-патрубка 9.

Использование предлагаемого изобретения простое в изготовлении и эксплуатации, позволяет повысить эффективность работы метантенка за счет интенсификации процесса анаэробного сбраживания, а также является эффективным способом борьбы с пенообразованием в реакторе метантенка.

Использование: анаэробное сбраживание сточных вод, содержащих органические отходы сельскохозяйственного производства при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и коммунального хозяйства. Сущность изобретения: метантенк содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки в виде конуса, в нижней части патрубок для подачи сточных вод, реакционную часть, заполненную сточной водой и инертным иммобилизационным носителем анаэробной биомассы. Новым в метантенке является совмещение в единой конструкции патрубка для отвода биогаза и патрубка для отвода обработанного стока. Нижний обрез этого патрубка расположен на уровне раздела газовой и жидкой среды, а верхний переходит в газожидкостную магистраль, которая связывает между собой метантенк и камеру разделения среды. Она представляет собой герметичный сосуд, в днище которого установлен патрубок для отвода обработанного стока, а в крышке - патрубок отвода биогаза. 1 ил.

Метантенк, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, реакционная часть которого заполнена инертным иммобилизационным носителем анаэробной биомассы, верхнюю и нижнюю крышки в виде конуса, патрубок для подачи сточных вод, расположенный в нижней части корпуса, средство для отвода биогаза и обработанного стока, отличающийся тем, что средство для отвода биогаза и обработанного стока выполнено в виде единого патрубка, расположенного в верхней части метантенка по его оси, нижний обрез патрубка расположен на уровне поверхности раздела газовой и жидкой сред, при этом метантенк снабжен соединенной с ним посредством патрубка отвода биогаза и обработанного стока камерой разделения сред, выполненной в виде герметичного сосуда, в днище которого установлен патрубок для отвода обработанного стока, а в крышке - патрубок отвода биогаза.