ФЕРМЕНТАТОР Российский патент 1997 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к технике выработки биогаза при сбраживании полимеров растительного и животного происхождения, фекально-бытовых сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях.

Известен ферментатор, включающий корпус с перегородками, образующими 4 секции, со сборщиками ила в нижней части и сборниками биогаза в верхней части горизонтального корпуса, выполненного с технологическими патрубками и трубопроводами, недостатком которого является низкое содержание метана в биогазе, что снижает эффективность работы ферментатора (см. У.Э.Виестур, А.М. Кузнецов, В.В.Савенков. Системы ферментации. Рига, 1986, с. 18, рис. 2.2).

Цель изобретения повышение эффективности работы.

Цель достигается тем, что секции анаэробов-гидролитиков, кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов снабжены установленными вдоль оси корпуса на подвеске камерами с перфорированными стенками, обращенными к боковым стенкам корпуса, с абразивной зернистой засыпкой, заполняющей нижнюю часть камер, которые сообщены друг с другом и с патрубком подвода субстрата компенсационными элементами и решетками, установленными между камерами и компенсационными элементами, причем камеры взаимодействуют с вибратором, а секция метаногенов выполнена в виде цилиндрического корпуса, установленного под углом к секции ацетогедрогенов, а по оси секции смонтирован коллектор, сообщенный внизу со сборником биогаза секции ацетогидрогенов, снабжен лучевыми барботерами с односторонними отверстиями, размещенными в камерах, образованных горизонтальными сплошными перегородками, причем камеры сообщены друг с другом трубами и со сборником биогаза в верхней части и сборником осветленной бражки в нижней, при этом секция ацетогидрогенов сообщена по бражке с верхней камерой секции метаногенов, снабженных абразивной зернистой засыпкой, над которой в камерах установлены горизонтальные перфорированные решетки, снабженные на поверхности, обращенной к зернистой засыпке, пучками иммобилизационных волокон.

Камеры с абразивной зернистой засыпкой (керамзит, вспученный перлит, брусит, пластмассы, армированные зернами карбида бора, кардида кремния и т. д.) при вибрировании в секциях анаэробов-гидролитиков, кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов обеспечивают измельчение полимеров животного и растительного происхождения (навоз, помет, фекалии, твердые бытовые отходы, растительные остатки, торф, лигнин, растительные остатки и т.д.) до размеров, сопоставимых с размерами микроорганизмов. Одновременно тонкодиспергированные взвеси обеспечивают повышение буферности популяций бактерий в соответствующей секции. Выполнение камер с решетками до минимума сокращает переток взвесей предыдущей камеры в последующую и обеспечивает локальность функционирования популяций микроорганизмов. Выполнение секции метаногенов из камер, сообщенных трубами, обеспечивает создание условий по исчерпыванию биогенных элементов питания бражки популяциями бактерий, адаптированных к изменению состава бражки при ее перемещении сверху вниз. Круговые перемещения бражки под воздействием импульсов биогаза, истекающего из односторонних отверстий барботеров, приводит к частотному повреждению оболочек клеток метаногенов с освобождением ферментов, разлагающих воду на кислород и водород, и использованию последнего для конверсии двуокиси углерода в метан, в результате чего масса биогаза на 30-50% превышает массу распавшейся органики. Перфорированные перегородки в камерах с пучками волокон увеличивают контакт между биогазом и бражкой и обогащение биогаза метаном.

На фиг. 1 показан продольный разрез ферментатора; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 схема биологических процессов по секциям ферментатора.

Ферментатор включает корпус 1 с перегородками 2, образующими секции: I - анаэробов-гидролитиков, II килотогенов, III ацетогенов, IV - ацетогидрогенов, V метаногенов, со сборниками 3 ила в нижней и сборниками 4 биогаза в верхней частях горизонтального цилиндрического корпуса 1, выполненного с технологическими патрубками и трубопроводами. Секции I IV снабжены установленными вдоль оси корпуса 1 на подвеске 5 камерами 6 с перфорированными стенками 7, обращенными к боковым стенкам корпуса 1, с абразивной зернистой засыпкой 8, заполняющей нижнюю часть камер 6, которые сообщены друг с другом и с патрубком 9 подвода субстрата компенсационными элементами 10 и решетками 11, причем камеры 6 взаимодействуют с вибратором 12, а секция V метаногенов выполнена в виде цилиндрического корпуса 13, установленного под углом к секции IV ацетогидрогенов, а по оси секции V смонтирован коллектор 14, сообщенный внизу со сборником 4 биогаза секции IV ацетогидрогенов, снабжен лучевыми барботерами 15 с односторонними отверстиями, размещенными в камерах 16, образованных горизонтальными сплошными перегородками, причем камеры 16 сообщены друг с другом трубами 17 и со сборником 18 биогаза в верхней и сборником 19 осветленной бражки в нижней части секции V. Секция IV ацетогидрогенов сообщена по бражке с верхней камерой 16 секции V метаногенов, снабженных абразивной зернистой засыпкой 20, над которой в камерах 16 установлены горизонтальные перфорированные перегородки 21, снабженные на поверхности, обращенной к зернистой засыпке 20, пучками 22 волокон иммобилизации метаногенов.

Ферментатор работает следующим образом.

Полимеры животного и растительного происхождения измельчают в диспергаторе и приготовленный субстрат нагревают до температуры 32-38^oC в теплообменнике (диспергатор и теплообменик не показаны) и направляют через патрубок 9 в камеры 6 корпуса 1. В камерах 6 под воздействием вибрирования от вибратора 12 абразивная зернистая засыпка 8 измельчает взвеси, что увеличивает поверхность взаимодействия между бактериями биогенными элементами питания полимера. В секциях I IV последовательно брожению подвергают белки, жиры, углеводы с протеканием процессов, изображенных на фиг. 4. В секциях происходит изменение pH от значений 5-5,5 в секции I до рН 7-7,5 в секции V. Слабощелочная реакция в секции V образуется за счет гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония. Образующиеся газы из сборника 4 секции IV ацетогидрогенов по коллектору 14 через лучевые барботеры 15 поступают в камеру 16. Газы, истекающие из односторонних отверстий лучевых барботеров 15, создают вращательные перемещения бражки в камерах 16 и абразивная зернистая засыпка 20 повреждает частично оболочки клеток метаногенов с освобождением ферментов, которые разлагают воду на кислород и водород. Кислород конверсирует вредные примеси, например сероводород, до элементарной серы, которая используется метаногенами в качестве амикроэлемента. За счет ферментолиза масса биогаза превышает массу распавшейся органики. Бражка из вышележащих камер 16 перетекает по трубам 17 на нижележащие, орошая перфорированные перегородки 21 и пучки 22 волокон, на которых происходит контакт между бражкой и биогазом, что повышает исчерпывание из него двуокиси углерода и конверсии ее в метан. Обогащенный биогаз собирают в сборнике 18, а осветленную бражку в сборнике 19 и используют для приготовления субстрата. Ыб

Использование: очистные сооружения. Сущность изобретения: брожение в камерах секций анаэробов-гидролитиков, кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов сопровождается измельчением органики зернистой абразивной засыпкой при вибрациях, передаваемых от вибратора, причем взвеси последовательно переходят от патрубка по камерам и по компенсационным элементам, а решетки задерживают зернистую засыпку и крупные включения взвесей. Образующиеся газообразные продукты распада поступают в сборники, а из них в коллектор секции метаногенов, в камерах секции метаногены конвертируют двуокись углерода в метан. Под воздействием абразивной зернистой засыпки в камерах происходит частичное разрушение оболочек клеток метаногенов с освобождением ферментов, которые обеспечивают метаногенам ферментолиз, т.е. разложение воды на кислород и водород, в результате масса биогаза превышает массу распавшейся органики. Проведение брожения раздельно по секциям сводит до минимума угнетение жизнедеятельности одних бактерий метаболитами других и последовательный переход от кислой среды к слабощелочной в секции. У метаногенов одновременно биогаз освобождается от вредных примесей, например сероводорода, что позволяет использовать его в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания. 4 ил.

Ферментатор, включающий горизонтальный цилиндрический корпус с перегородками, образующими секции, со сборниками ила в нижней и сборниками биогаза в верхней частях корпуса, выполненного с технологическими патрубками и трубопроводами, отличающийся тем, что секции выполнены в виде секций анаэробов-гидролитиков, кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов и метаногенов, причем в первых четырех из них установлены вдоль оси корпуса на подвесе камеры с перфорированными стенками, обращенными к боковым стенкам корпуса, с абразивной зернистой засыпкой, заполняющей нижнюю часть камер, которые соединены с вибратором и сообщены одна с другой и с патрубком подвода субстрата компенсационными элементами и решетками, установленными между камерами и компенсационными элементами, а секция метаногенов выполнена в виде цилиндрического корпуса, установленного под углом к секции ацетогидрогенов, и по оси секции смонтирован коллектор, сообщенный в своей нижней части со сборником биогаза в секции ацетогидрогенов и снабженный лучевыми барботерами с односторонними отверстиями, размещенными в камерах, образованных горизонтальными сплошными перегородками и частично заполненных абразивной зернистой засыпкой, над которой в камерах установлены горизонтальные перфорированные решетки, снабженные на поверхности, обращенной к зернистой засыпке, пучками иммобилизационных волокон, причем эти камеры сообщены одна с другой трубами и со сборником биогаза в верхней и сборником осветленной бражки в нижней части секции метаногенов, при этом секция ацетогидрогенов сообщена по бражке с верхней камерой секции метаногенов.