АККУМУЛИРУЮЩИЙ МЕТАНТЕНК Российский патент 1998 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к очистке стоков, утилизации твердых углерод и азотсодержащих отходов домашнего хозяйства с выработкой биогаза при анаэробном сбраживании для нужд отопления, приготовления пищи, нагрева воды в домах индивидуального пользования.

Известен метантенк, содержащий корпус с технологическим перегородками и патрубками подвода стоков и отходов и отвода продуктов брожения (Янко В.Г., Янко Ю. Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках. Киев, 1978, с.40, рис. 8), в котором невысока степень распада беззольной органики из-за торможения жизнедеятельности одних микроорганизмов метаболитами других.

Известен метантенк, содержащий корпус с перегородками, образующими камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенные друг с другом окнами для прохода субстрата и газовыми полостями в верхних частях корпуса, выполненные с перешивающими устройствами в виде вала, снабженного приводом и деталями перемешивания при перемещении субстрата от загрузочного устройства к разгрузочному, и устройства отвода биогаза в виде гидравлического затвора с патрубком (Виестур У.Э., Кузнецов А.М., Савенков В.В. Системы ферментации. Рига, 1986, с.18-19, рис. 2.2, 2.3), в котором отсутствуют условия аккумулирования биогаза при перерывах его использования потребителем, что снижает эффективность работы метантенка.

Цель изобретения - повышение эффективности его работы - достигается тем, что камера метанового брожения по биогазу и жидкой составляющей послеброжевого остатка сообщена с колонной обогащения в виде вертикального корпуса с горизонтальными перфорированными перегородками и размещенной на них зернистой иммобилизационной засыпкой, образующими секции для прохода сверху вниз жидкой составляющей послеброжевого остатка, а снизу вверх биогаза в сборник, размещенной над колонной обогащения, снабженной гидравлическим затвором и патрубком отвода биогаза в нижнюю секцию.

Такое выполнение повышает кратность циркуляции биогаза через колонну обогащения с повышением содержания метана в биогазе и сокращением содержания углекислого газа, который восстанавливается метаногенами в метан, т.е. происходит аккумулирование энергии в единице объема биогаза, что сокращает его расход при потреблении. При длительных перерывах в потреблении биогаза им наполняют эластичные емкости, например, из полиэтилена типа "гармошки".

На фиг. 1 схематически показан аккумулирующий метантенк, продольный разрез; на фиг. 2 - продольный разрез емкости для биогаза.

Аккумулирующий метантенк содержит корпус 1 с перегородками 2, образующими камеры; кислого 3, нейтрального 4, щелочного 5, метанового 6 брожения, сообщенные друг с другом окнами 7 для прохода субстрата и газовыми полостями 8 в верхних частях корпуса 1, выполненные с перемешивающими устройствами в виде вала 9, снабженного приводом 10 и деталями 11 перемешивания при перемещении субстрата от загрузочного устройства 12 к разгрузочному 13, и устройства отвода биогаза в виде гидравлического затвора 14 с патрубком 15. Камера 6 метанового брожения по биогазу и жидкой составляющей послеброжевого остатка сообщена с колонной 16 обогащения в виде вертикального корпуса с горизонтальным перфорированными перегородками 17 и размещенной на них зернистой иммобилизационной засыпкой 18, образующими секции 19 для прохода сверху вниз жидкой составляющей послеброжевого остатка, а снизу вверх биогаза в сборник 20, размещенный над колонной 16 обогащения, снабженный гидравлическим затвором 14 с патрубком 15 отвода биогаза в нижнюю секцию 19 колонны 16 обогащения или эластичную емкость 21. Колонна 16 выполнена с патрубком 22 отвода жидкой составляющей послеброжевого остатка и сифоном 23 для заливки в верхнюю часть. Загрузочное устройство 12 выполнено с крышкой 24 и гидравлическим затвором 25, а камера 3 кислого брожения выполнена с перфорированным днищем 26. Камера 3 кислого брожения выполнена с окном 27 в перегородке 2, сообщающим ее газовую полость 8 с газовой полостью камеры 4 нейтрального брожения.

Аккумулирующий метантенк работает следующим образом.

При открытой крышке 24 в загрузочное устройство 12 периодически заливают стоки и вносят углерод- и азотсодержащие отходы с тем, чтобы соотношение между углеродом и азотом составляло порядка 20:1, а концентрация твердой составляющей в субстрате - порядка 4-6%, причем степень заполнения определяют по уровню жидкости в загрузочном устройстве 12. При закрытой крышке 24 в камере 3 кислого брожения готовят субстрат при вращении вала 9 от привода 10 и измельчают взвеси деталями 11 перемешивающего устройства до размеров частиц, сопоставимых с размерами отверстий в перфорированном днище 26. Субстрат последовательно обрабатывают в камерах 3, 4, 5 и 6 кислотогенами, ацетогенами, ацетогидрогенами и метаногенами. Отвод твердой составляющей через разгрузочное устройство 13 и жидкой составляющей послеброжевого остатка через патрубок 22 осуществляют периодически или непрерывно. Из камеры 6 метанового брожения биогаз и субстрат поступают в колонну 16 обогащения, причем поступление последнего осуществляется за счет увеличения объема при газификации, а биогаза за счет избыточного давления в газовой полости 8 камеры 6. Субстрат перемещается сверху вниз через перфорированные перегородки 17 и размещенный на них слой иммобилизационной засыпки 18 (керамзит, вспученый перлит, модифицированный цеолит и т.д.). Метаногены разлагают своими ферментами воду субстрата на водород и кислород (ферментолиз), причем водород восстанавливает углекислый газ до метана, а кислород окисляет примеси, таким образом происходит аккумулирование энергии в единице объема биогаза. При отсутствии длительного потребления биогаза его рециркулируют подкачкой через колонну 16 обогащения, а осветленную жидкую составляющую послеброжевого остатка вручную отбирают из патрубка 22 и заливают через сифон 23. Одновременно биогаз через гидравлический затвор 14 и патрубок 15 отбирают в эластичную емкость 21 и он может быть использован в качестве товарного продукта. Метантенк изготавливают из углеродистой котельной стали, и минимальное содержание кислорода в продуктах при анаэробном распаде сводит до минимума коррозию аппарата, причем стенки ингибируются продуктами распада субстрата.

Возросшие цены на ископаемые невозобновляемые энергоресурсы (природный газ, уголь, мазут и т. д.) делают эксплуатацию метантенка, работающего в условиях термостатирования воздухом помещения при температурах 18-24^oC, рентабельной. Одновременно улучшается экологическая обстановка вокруг объекта использования.

Использование: очистка стоков и утилизация твердых углерод- и азотсодержащих отходов с выработкой биогаза. Сущность изобретения: аккумулирующий метантенк, содержащий корпус, разделенный перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенные одна с другой посредством окон для прохода субстрата и имеющие газовые полости в верхней части, установленные в камерах перемешивающие устройства, колонну для обогащения биогаза, разделенную перфорированными горизонтальными перегородками на сборник биогаза и секции, заполненые зернистой иммобилизационной засыпкой, сообщенную с камерой метанового брожения посредством патрубков и патрубок для отвода биогаза, присоединенный к верхней части колонны, имеющий гидрозатвор, соединенный трубопроводом с нижней частью колонны. 2 ил.

Аккумулирующий метантенк, содержащий корпус, разделенный перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенные одна с другой посредством окон для прохода субстрата и имеющие газовые полости в верхней части, установленные в камерах перемешивающие устройства в виде вала с лопастями, загрузочные и разгрузочные устройства и средство для отвода биогаза в виде гидравлического затвора, установленного на патрубке для отвода биогаза, отличающийся тем, что он снабжен колонной для обогащения биогаза, разделенной перфорированными горизонтальными перегородками на сборник биогаза в верхней части и секции, заполненные зернистой иммобилизационной засыпкой, сообщенной с камерой метанового брожения посредством патрубка для подачи из камеры в колонну в направлении сверху вниз жидкой составляющей послеброжевого остатка и патрубка для подачи снизу вверх из камеры в колонну биогаза, при этом патрубок для отвода биогаза присоединен к верхней части колонны, и гидрозатвор имеет трубопровод для подачи биогаза в нижнюю часть колонны.