БЫТОВОЙ МИНИ-БИОРЕАКТОР Российский патент 1997 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к очистке бытовых стоков, утилизации углерод-азотсодержащих твердых бытовых отходов с обработкой анаэробными микроорганизмами, выработкой биометана для нужд индивидуального хозяйства, удаленного от централизованных сетей тепло-, энергоснабжения и канализации.

Известен биореактор, содержащий вертикальный корпус с технологическими перегородками, камерами брожения субстрата и патрубками подвода и отвода сред (Янко В.Г. Янко Ю.Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках, Киев, 1978, с. 40, рис. 8), недостатком которого является длительность сбраживания субстрата, что требует увеличения габаритов и снижает производительность.

Известен биореактор, содержащий корпус с перегородками камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, с газовой полостью в верхней и осадительной в нижней частях корпуса, загрузочным и разгрузочными устройствами и размещенного между ними перемешивающего устройства в виде вала, снабженного приводом и винтовыми лопастями (Виестур У.Э. Кузнецов А.М. Савенков В. В. Системы ферментации. Рига, 1986, с.18-19, рис. 2.2.), в котором отсутствует интенсивное измельчение целлюлозосодержащих компонентов стоков и твердых бытовых отходов (макулатуры, соломы, сена, опилок и т.д.), что не позволяет корректировать соотношение между углеродом и азотом в пределах 20: 1 и снижает эффективность работы биореактора.

Цель изобретения повышение эффективности работы биореактора достигается тем, что параллельно валу основного перемешивающего устройства с винтовыми лопастями, размещенными под перфорированными дисками горизонтальных перегородок камер, размещено дополнительное перемешивающее устройство, снабженное приводом и винтовыми лопастями, смонтированное в камере кислого брожения, выполненной в виде цилиндрического корпуса, снабженного перфорированным днищем и зернистой абразивной иммобилизационной засыпкой (керамзит, вспученный перлит, модифицированный цеолит и т.д.), плотность которой меньше плотности субстрата.

При перемешивании стоков в цилиндрическом корпусе винтовыми лопастями происходит измельчение целлюлозосодержащих отходов до размеров частиц, сопоставимых с размерами анаэробных микроорганизмов, причем винтовые лопасти отводят абразивную засыпку и снижают до минимума ее переход в другие камеры. Плотность засыпки (меньше плотности субстрата) способствует сосредоточению ее в верхней части стоков, в которой находятся целлюлозосодержащие примеси, т. е. обеспечивается контактность и соответственно истирание абразивными поверхностями засыпки.

На фиг.1 показан продольный разрез минибиореактора; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1.

Бытовой минибиореактор содержит корпус 1 с перегородками 2 камер, 3 - кислого, 4 нейтрального, 5 щелочного, 6 метанового брожения, с газовой полостью 7 в верхней и осадительной в нижней частях корпуса 1, загрузочным средством 8 и разгрузочным патрубком 9 и размещенной между ними мешалки в виде вала 10, снабженного приводом 11 и винтовыми лопастями 12. Параллельно валу 10 с винтовыми лопастями 12, размещенными под перфорированными дисками 13, являющимися горизонтальными перегородками 2 камер 4, 5 и 6, размещено дополнительное перемешивающее средство в виде вала, снабженного приводом 14 и винтовой лопастью 15, смонтированное в камере 3 кислого брожения, выполненной в виде цилиндрической перегородки 16, снабженной префорированным днищем 17 и зернистой абразивной иммобилизационной засыпкой 18 (керамзит, вспученный перлит, модифицированный цеолит и т.д.), плотность которой меньше плотности субстрата. Корпус выполнен со взрывным клапаном 19, гидравлическим затвором 20 и патрубком 21 отвода биометана, а загрузочное устройство 8 выполнено с крышкой 22 и гидравлическим затвором 23.

Бытовой минибиореактор работает следующим образом.

При открытой крышке 22 через загрузочное устройство 8 в биореактор вводят стоки и углерод-, азотсодержащие отходы с учетом, чтобы концентрация взвесей находилась в пределах 4-6% соотношение между углеродом и азотом порядка 20: 1. В камере 3 кислого брожения стоки и отходы перемешивают при вращении вала перемешивающего средства от привода 14 винтовой лопастью 15, зернистой абразивной засыпкой 18 истирают взвеси при контакте о стенки цилиндрической перегородки 16, причем засыпка, имеющая плотность меньше плотности субстрата, остается во взвешенном состоянии.

Тонкоизмельченные фрагменты целлюлозосодержащих твердых бытовых отходов заселяются микроорганизмами, в том числе кислотогенами, плотность которых порядка 1020-1060 кг/м³, погружаются в направлении перфорированного днища 17 цилиндрической перегородки 16 и переходят в камеру 4 нейтрального брожения, последовательно субстрат переходит через перфорированные диски 13. Переход осуществляется по принципу сообщающихся сосудов, заполненных субстратом с изменяющейся плотностью. Плотность субстрата изменяется за счет газовыделения при жизнедеятельности кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов и метаногенов. Газовые пузырьки вокруг взвесей субстрата препятствуют доступу последующих популяций микроорганизмов к биогенным элементам питания, а поэтому выполняют разрушение газообразований вокруг взвесей винтовыми лопастями 12 при вращении вала 10 от привода 11. Изменяя частоту вращения и отход винтовых лопастей 12 от оси вала 10, соответственно изменяют интенсивность обновления поверхности вокруг частиц бродящего субстрата.

Взвеси поступают в осадительную полость, размещенную возле разгрузочного патрубка 9. Отвод взвесей из разгрузочного патрубка 9 совмещают с загрузкой через средство 8, т.е. периодически, а отвод биометана из газовой полости 7 через гидравлический затвор 20 и патрубок 21 осуществляют непрерывно. Процесс брожения в минибиореакторе осуществляют при температурах 18-24^oC, с термостатированием за счет температуры помещения, т.е. через корпус 1, который выполняют без изоляции. Колебания температуры субстрата не должны превышать 1-3^oC в сутки. При потреблении биометана интенсивность перемешивания субстрата приводами 11 и 14 увеличивают. При длительных перерывах в потреблении биометана его собирают в пластиковые мешки и используют в качестве товарного продукта.

Биометан используют для приготовления пищи, нагрева воды, отопления помещений, для нужд освещения, а послеброжевой остаток является ценным биологическим удобрением, одновременно улучшается экологическая обстановка вокруг жилищ.

Использование: очистка бытовых стоков. Сущность изобретения: бытовой минибиореактор содержит корпус, разделенный перегородками в виде горизонтально расположенных перфорированных дисков, между которыми расположены лопасти мешалки, на камеры нейтрального, щелочного и метанового брожения и камеру кислого брожения, образованную цилиндрической перегородкой, в которой размещены абразивная засыпка и перемешивающее устройство. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Бытовой мини-биореактор, содержащий корпус, разделенный перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, последняя из которых имеет газовую полость в верхней части, загрузочное средство, разгрузочный патрубок, сообщенный с осадительной полостью, выполненной в нижней части корпуса, и мешалку с винтовыми лопастями, отличающийся тем, что перегородки, разделяющие корпус на камеры нейтрального, щелочного и метанового брожения, выполнены в виде горизонтально расположенных перфорированных дисков, между которыми расположены лопасти мешалки, при этом камера кислого брожения образована цилиндрической перегородкой с перфорированным днищем, заполнена зернистой абразивной засыпкой и имеет перемешивающее средство в виде вала с винтовой лопастью. 2. Мини-биореактор по п.1, отличающийся тем, что засыпка выполнена из материала, плотность которого меньше плотности субстрата, например из керамзита, вспученного перлита, модифицированного цеолита.