МЕТАНТЕНК Российский патент 2004 года по МПК C02F3/28 C02F11/04 

Изобретение относится к области канализации и предназначается к использованию на станциях очистки бытовых и промышленных сточных вод коммунального хозяйства, на животноводческих и птицеводческих фермах сельского хозяйства, в бытовых биогазовых и биогумусных установках сельских населенных мест и дачных участков.

Известен метантенк по патенту РФ №2073401 для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных и измельченных различных органических отходов с выработкой из них горючего биогаза на энергетические цели и обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков удобрений, содержащий резервуар с коническими днищем и куполом с закрепленной на куполе, не доходящей до дна резервуара концентрической перегородкой, разделяющей резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, патрубки подвода разжиженных и измельченных органических отходов во внешнюю камеру, отвода сброженной массы из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, а также разделительный элемент в виде усеченного конуса.

Недостатком известного по патенту РФ №2073401 метантенка является то, что поступающие во внешнюю камеру в составе разжиженных и измельченных органических отходов оседающие плотные и трудносбраживаемые органические вещества, опускаясь без их распада активным симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов с образованием жирных кислот в кислой среде первой фазы сбраживания при рН менее 7,0 вниз по поверхности конусного разделительного элемента, оседают на днище внутренней камеры, образуя тем самым несбраживаемый в щелочной среде внутренней камеры при рН более 7,2 второй фазы сбраживания иловый осадок органических веществ, который вынуждены затем удалять из матантенка в составе сброженной массы на иловые площадки очистных сооружений для последующего их разложения.

Известен также метантенк по патенту РФ №2149531 для последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных разжиженных и измельченных органических отходов, содержащий резервуар, изготавливаемый из различных материалов круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане с боковой стенкой, коническими или пирамидальными днищем и куполом с присоединенной к куполу, не доходящей до днища, разделительной концентрической перегородкой, имеющей в плане форму резервуара и разделяющей верхнюю часть резервуара на внешнюю и внутреннюю камеры, а также содержащий патрубки подвода разжиженных и измельченных органических отходов во внешнюю камеру и отвода сброженной массы из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер.

Недостатком этого известного по патенту РФ №2149531 метантенка является то, что плотные трудносбраживаемые органические вещества в составе поступающих во внешнюю камеру метантенка разжиженных и измельченных органических отходов сразу, не задерживаясь в кислой среде при рН менее 7,0 первой фазы сбраживания во внешней каморе, осаждаются на днище резервуара метантенка во внутреннюю камеру со щелочной средой сбраживания во второй фазе при рН более 7,2 с образованием неразлагаемого органического осадка, который вынуждены удалять из метантенка в составе сброженной массы на иловые площадки для последующего разложения, исключая при этом возможность из органического вещества вырабатывать горючий биогаз.

Вместе с тем по своей технической сущности и достигаемому результату известный по патенту РФ № 2149531 метантенк является наиболее близким к изобретению.

Задачей настоящего изобретения является создание такого метантенка, в котором были бы устранены приведенные выше недостатки и который обеспечивал бы наибольшую выработку горючего биогаза высокой калорийности из поступающей в метантенк разжиженной и измельченной органической массы при наименьшем образовании органического осадка с получением обеззараженных от патогенной микрофлоры гельминтов, их яиц и семян сорняков жидких и полужидких органических удобрений.

Согласно изобретению поставленная задача достигается том, что на днище резервуара метантенка по его форме в плане выполнена перегородка, внешне охватывающая в верхней своей части с зазором нижнюю часть присоединенной к куполу резервуара метантенка разделительной концентрической перегородки и разделяющая нижнюю часть резервуара метантенка на внешнюю и внутреннюю камеры при объединении их заодно со сверху расположенными соответствующими частями внешней и внутренней камер резервуара метантенка.

Поставленная задача согласно изобретению достигается и тем, что в нижней части боковой стенки резервуара метантенка в его внешней камере выполнены закрываемые крышками люки очистки внешней камеры от осадка.

На чертежах схематично приведено устройство предлагаемого метантенка, где на фиг.1 приведен общий вид метантенка в разделе цилиндрической формы при изготовлении из листовых материалов; на фиг.2 вид по А-А на фиг.1; на фиг.3 приведен общий вид метантанка в разрезе цилиндрической формы, резервуар, днище и часть купола с нижней перегородкой которых выполнены из строительных материалов /бетон, железобетон, кирпич, бутовый камень и др./, тогда как центральная части купола с присоединенной к ней концентрической разделительной перегородкой выполнены из листовых материалов /металл, полимеры, пластмасса, стеклопластик и др./.

Предлагаемый метантенк /фиг.1-4/ содержит корпус резервуара 1 с днищем 2 и куполом 3 с присоединенной к куполу 3 верхней разделительной концентрической перегородкой 4, не доходящей по своей длине "L" до днища 2 примерно на 1/3 высоты резервуара 1 и разделяющей верхнюю часть резервуара 1 на внешнюю 5 и внутреннюю 6 камеры сбраживания. Сверху внешней камеры 5 в стенке резервуара 1 установлен патрубок 7 подачи в камеру 5 разжиженных и измельченных органических отходов с разнонаправленным по камере 5 горизонтально размещенным тройником 8. На куполе 3 над камерой 5 выполнен патрубок 9 отвода из нее биогаза, а над камерой 6 в куполе 3 выполнен газосборник 10 с патрубком 11 отвода биогаза из камеры 6.

На днище 2 резервуара 1 выполнена нижняя кольцевая разделительная перегородка 12, которая разделяет нижнюю часть резервуара 1 также на внешнюю 5 и внутреннюю 6 камеры сбраживания при объединении их заодно со свержу над ними расположенными частями внешней 5 и внутренней 6 камер резервуара 1. Нижняя разделительная кольцевая перегородка 12 выполнена несколько большего диаметра, чем внешний диаметр верхней концентрической перегородки 4 на величину кругового зазора "Б", что обеспечивает свободное перетекание из внешней каморы 5 во внутреннюю камеру 6 жидких продуктов распада органических веществ в кислой среде первой фазы анаэробного сбраживания во внешней камере 5 и исключает при этом поступление трудносбраживаомых плотным и осаждающихся органических веществ в камеру 6 до их распада в нижней части камеры 5. При этом нижнюю кольцевую разделительную перегородку 12 изготавливают высотой "Н" несколько выше нижнего положения верхней концентрической разделительной перегородки 4 на величину "h", размер которой от 30 мм и выше устанавливается технологическим режимом сбраживания определенного усредненного состава и дозы подачи в метантенк разжиженных органических отходов непрерывно или циклично.

Снизу в стенке резервуара 1 в его внешней камере 5 выполнены люки с крышками дли периодической /ориентировочно - раз в 6-7 и более лет в зависимости от состава загружаемых в метантенк в его внешнюю камеру 5 трудносбраживаомых плотных оседающих органических веществ/ очистки днища внешней камеры 5 как от неразложившихся осевших органических веществ, так и от осадков неорганических включений, введенных в метантенк совместно о разжиженными и измельченными органическими веществами /металл, гравий, песок, грунт и др./. Люки 13 размешены с учетом зон возможного расположения образуемых осадков, тогда как для опорожнения внешней 5 и внутренней 6 камер выполнены патрубки 14 и 15 соответственно. Другие трубопроводы /для перемешивания и подогрева в камерах 5 и 6 сбраживаемой массы, контроля уровня, перелива, а также для смыва осадка из камеры 5 через люки 13/ на чертежах не показаны и их размещение, как и приборов КИПА, возможно в различных вариантах.

Работа метантенка в зависимости от вида, качества, состава и влажности загружаемого в метантенк разжиженного и измельченного органического сырья, необходимости обеспечения эффективного обеззараживания сбраживаемых органических отходов от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков может осуществляться в широком диапазоне разных доз цикличной или непрерывной загрузки при различных температурах сбраживания, что назначается технологическим регламентом конкретного использования метантенка.

Последовательное пофазное анаэробное сбраживание разжиженных и измельченных до крупности не более 3,0 мм органических отходов в коммунальном и сельском хозяйствах в предложенном метантенке выполняют следующим образом.

Свежие разжиженные и измельченные органические отходы влажностью 92±5% по патрубку 7 под напором вводят во внешнюю камеру 6 и разнонаправленными из тройника 8 струями перемешивают с содержимым камеры 5. При этом всплываемые малоплотные легкие включения, содержащие целлюлозу, лигнин, жиры, белки и другие вещества, перемешиваясь со сбраживаемой в камере 5 массой, обсеменяются содержащимися в ней симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов, обеспечивающих в первой фазе анаэробного сбраживания при рН менее 7,0 разрушение сложных соединений на более простые с образованием жирных кислот, которые перетекают по круговому зазору "Б" из камеры 5 в камеру 6. Одновременно более плотные и осаждающиеся, входящие в состав загружаемой в метантенк разжиженной и измельченной массы органические и минеральные вещества, поступающие в камеру 5 из тройника 8 в горизонтальном потоке по стенке резервуара 1, - опускаются вниз по камере 5 на ее дно, и где они также расщепляются в кислой среде первой фазы сбраживания с рН менее 7,0 симбиозом микроорганизмов до жирных кислот, которые также перетекают по круговому зазору "Б" из нижней части камеры 5 через верх кольцевой перегородки 12 в камеру 6 при вводе в камеру 5 свежих разжиженных и измельченных органических отходов.

Приведенное выше выполнение во внешней камере 5 метантенка первой фазы анаэробного сбраживания в кислой среде при рН менее 7 обеспечивает эффективный распад органических веществ в камере 5 и поступление в камеру 6 в основном только продуктов распада органических веществ в виде летучих жирных кислот без каких-либо твердых органических и неорганических веществ. Осуществляемая в камере 6 вторая фаза анаэробного сбраживания в щелочной среде с рН более 7,2 обеспечивает преобразование поступающих в нее летучих жирных кислот метанообразующими бактериями в горючий биогаз с высоким содержанием в его составе до 95% метана, тогда как при достаточной нейтрализации щелочностью камеры 6 поступающих в нее из камеры 5 летучих жирных кислот образование в камере 6 осадков исключено. Нормальная эффективная работа метантенка в предложенном его конструктивном выполнении обеспечивается лишь при наличии достаточной популяции метанообразующих бактерий для быстрой метаболизации летучих жирных кислот, что обуславливает необходимость контролировать допустимый предел дозы загрузки в метантенк разжиженных и измельченных органических отходов, состав и количество абсолютно сухого органического вещества, ограничивать выгрузку из метантенка сброженной массы из активной зоны расположения основной популяции метанообразующих бактерий в камере 6.

Выполнение предлагаемого метантенка, приведенного на фиг.1-4, возможно как изготовлением его вновь требуемых размеров из различных материалов, так и путем реконструкции различных действующих однокамерных типовых метантенков из металла и строительных материалов с целью повышения вдвое их производительности и почти полного устранения в их сброженной массы илового осадка при повышении количества и качества вырабатываемого в них биогаза из сбраживаемых взвешиваемых веществ отстойников и избыточного активного ила аэротенков.

В качестве примера реконструкции действующих типовых однокамерных метантенков может быть для наглядности использован метантенк, приведенный на фиг.3, выполненный из строительных материалов. Предлагаемая реконструкция состоит в том, что вначале временно демонтируются внутренние трубопроводы, разбирается центральная часть купола 3 с газосборником 10 и патрубком 11 в освобожденном и очищенном метантенке, а затем на днище 2 изготавливают из любых материалов кольцевую разделительную перегородку 12 требуемого размера, исходя из того, что общий объем создаваемой внешней камеры 5 желательно иметь в размере от 1/6 до 1/5 объема реконструируемого метантенка, а высота перегородки 12 должна быть несколько выше 1/3 высоты резервуара метантенка. Далее изготавливают из листовых материалов концентрическую разделительную перегородку 4 с центральной частью купола 3, газосборником 10 и патрубком 11, определяя размеры перегородки 4 так, что ее длина "L" не должна доходить до днища 2 примерно на 1/3 высоты резервуара I, a диаметр - быть меньше внутреннего диаметра перегородки 12 на размер "2Б" или примерно на 60 мм. Затем устанавливают патрубок 7 с тройником 8, патрубки 9, 14, 16 и люки 13 с последующей установкой на свои места демонтированные трубопроводы или с новым их расположением. Аналогично может быть реконструирован и металлический типовой метантенк, примерно приведенный на фиг.1.

Основной экономический эффект от использования предлагаемого метантенка при его новом изготовлении или при реконструкции на станциях аэрации коммунального хозяйства по очистке бытовых и промышленных стоков состоит в увеличении вдвое их производительности, повышении качества и количества биогаза, сокращении потребного количества иловых площадок и транспортирования ила, тогда как экономический эффект от использования предлагаемого метантенка на животноводческих и птицеводческих фермах сельского хозяйства и в бытовых биогазовых и биогумусных установках села и дач, дополнительно имеет место гарантированное эффективное обеззараживание экскрементов, навоза и помета животных и птицы от патогенной микрофлоры, их яиц и семян сорняков с выработкой из них не только увеличенного количества и повышенного качества горючего биогаза, но и выработка при этом высококачественного жидкого и полужидкого органического удобрения с высоким содержанием гумуса в его составе, стимуляторов роста растений, что позволяет не разбрасывать удобрение на поверхность почвы, а позволяет более рационально его использовать при внесении на глубину в почву без потерь.

Изобретение относится к области канализации и предназначается для использования на станциях очистки бытовых и промышленных сточных вод коммунального хозяйства, на животноводческих и птицеводческих фермах, в бытовых биогазовых и биогумусовых установках сельских населенных мест и дачных участков. Метантенк содержит корпус резервуара круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане с боковой стенкой, днищем и куполом с присоединенной к куполу, не доходящей до днища, разделительной концентрической перегородкой, имеющей в плане форму резервуара и разделяющей верхнюю часть резервуара на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, а также патрубки подвода отходов во внешнюю камеру и отвода сброженной массы из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер. На днище резервуара по его форме в плане выполнена перегородка, внешне охватывающая в верхней своей части с зазором нижнюю часть присоединенной к куполу резервуара, разделительной концентрической перегородки и разделяющая нижнюю часть резервуара на внешнюю и внутреннюю камеры при объединении их заодно со сверху расположенными соответствующими частями внешней и внутренней камер резервуара. Технический результат: обеспечение наибольшей выработки горючего биогаза высокой калорийности при наименьшем образовании органического осадка с получением обеззараженных жидких и полужидких органических удобрений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных и измельченных органических отходов, содержащий корпус резервуара, изготавливаемый из различных материалов круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане с боковой стенкой, днищем и куполом с присоединенной к куполу не доходящей до днища разделительной концентрической перегородкой, имеющей в плане форму резервуара и разделяющей верхнюю часть резервуара на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, а также содержащий патрубки подвода разжиженных и измельченных органических отходов во внешнюю камеру и отвода сброженной массы из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, отличающийся тем, что на днище резервуара метантенка по его форме в плане выполнена перегородка, внешне охватывающая в верхней своей части с зазором нижнюю часть присоединенной к куполу резервуара метантенка разделительной концентрической перегородки и разделяющая нижнюю часть резервуара метантенка на внешнюю и внутреннюю камеры при объединении их заодно со сверху расположенными соответствующими частями внешней и внутренней камер резервуара метантенка.2. Метантенк по п.1, отличающийся тем, что в нижней части боковой стенки резервуара метантенка в его внешней камере выполнены закрываемые крышками люки очистки внешней камеры от осадка.