СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ IN SITU ГАЗОСЕПАРАТОРА В АНАЭРОБНОМ БИОРЕАКТОРЕ Российский патент 2020 года по МПК C02F3/28 C02F11/04 

Настоящее изобретение относится к способу очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора, к способу обработки потока текучих водных отходов, и к установке (биореактору), пригодной для реализации указанных способов очистки in situ.

В ходе биологической обработки потока отходов активная биомасса (бактерии) используется для разложения биоразлагаемых загрязнителей (биоразлагаемого органического вещества) в потоке отходов, например в потоке текучих водных отходов.

В ходе так называемой анаэробной обработки (без кислорода) группа анаэробных бактерий, известных из уровня техники, преобразует загрязнители по существу в биогаз, обычно с высоким содержанием метана. Указанные анаэробные бактерии обычно растут в скоплениях, зачастую называемых гранулированной биомассой. В анаэробных условиях выработка избыточного ила (новой биомассы (бактерий) в результате бактериального роста) обычно относительно мала вследствие того, что бактерии используют лишь небольшую часть биоразлагаемого вещества в отходах для бактериального роста.

Соответственно, обработка потока текучих водных отходов включает подачу потока водных отходов в нижнюю часть биореактора, содержащую гранулированную биомассу, с выработкой таким образом биогаза в ходе обработки, подачу полученной смеси газа/жидкости/твердого вещества кверху, и отделение газа от жидкой фазы в газожидкостном сепараторе.

Подобные газожидкостные сепараторы используются во множестве различных систем биореакторов, известных из уровня техники.

Однако, одна из насущных проблем в данной области техники заключается в том, что подобные газожидкостные сепараторы подвержены засорениям и образованию отложений вследствие скопления твердых веществ, таких как биомасса, в элементах отражательной перегородки или т.п., обычно присутствующих в подобных газожидкостных сепараторах. Указанные засорения приводят к ухудшению рабочих показателей указанных систем биореакторов вследствие неравномерного распределения воды и местных высоких скоростей в газожидкостных сепараторах, что приводит к нарушению осаждения твердых веществ обратно в корпус реактора биореактора. Существующие способы удаления указанных засорений (биомассой) из подобных газожидкостных сепараторов требуют выключения и выведения биореакторов из работы с целью открывания биореакторов для осуществления очистки газожидкостных сепараторов. Недостаток указанного способа заключается в наличии значительного простоя, который не только является экономически недопустимым, но также влечет за собой риск для здоровья и безопасности.

В WO 2007/078195 А1 описаны способ и реактор для анаэробной очистки сточных вод посредством системы иловой площадки, причем указанный способ включает подачу сточных вод и, при необходимости, оборотной воды в нижнюю часть реактора с восходящим потоком, содержащих в основном гранулированную биомассу, с выработкой таким образом биогаза в ходе обработки, подачу полученной смеси газа/жидкости/твердого вещества кверху и отделение газа и твердого вещества от жидкости в трехфазном сепараторе с получением таким образом анаэробного выходящего потока, отводимого с верхней части сепаратора. В WO 2007/078195 А1 также описан трехфазный сепаратор, содержащий трубку сбора для рециркуляции анаэробного выходящего потока на дне устройства, содержащую несколько отверстий/щелей, причем выведение анаэробного выходящего потока обеспечивает возможность очистки трехфазного сепаратора и его внутренних деталей в ходе осуществления процесса путем ввода обратного потока рециркуляционной (оборотной) воды или био(газа) по указанной трубе и через отверстия или щели.

Недостаток известных способов очистки газожидкостного сепаратора в анаэробном биореакторе заключается в необходимости использования дополнительных насосов или нагнетателей с целью направления потока текучей среды в газожидкостный сепаратор для его очистки. Указанные насосы или нагнетатели не только увеличивают экономическую стоимость самого биореактора, но их использование также приводит к потере производительности вследствие того, что обработка потока сточных вод обычно не может быть продолжена в ходе выполнения способа очистки.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении альтернативного способа, в частности усовершенствованного способа очистки газожидкостного сепаратора в биореакторе. Другая задача заключается в обеспечении биореактора, пригодного для анаэробной обработки потока водных отходов, который может быть очищен посредством способа очистки согласно настоящему изобретению.

Неожиданно было обнаружено, что указанная задача решается посредством использования способа очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора, способа обработки потока текучих водных отходов и биореактора, пригодного для реализации указанных способов и содержащего особую конфигурацию трубопровода, посредством которой газ особым образом направляют в биореакторе.

Соответственно, согласно первому аспекту, настоящее изобретение относится к способу очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора, включающему направление потока газа в биореакторе для создания смывающего эффекта, вызываемого турбулентными потоками текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газожидкостного сепаратора.

Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к способу обработки потока текучих водных отходов, содержащего биоразлагаемое органическое вещество, включающему:

- подачу потока водных отходов в анаэробный биореактор;

- обеспечение химической реакции биоразлагаемого органического вещества с биомассой в биореакторе по существу в анаэробных условиях с образованием таким образом биогаза (метана);

причем указанный способ включает осуществление способа очистки in situ по первому аспекту настоящего изобретения при продолжении обработки потока отходов.

Согласно третьему аспекту, настоящее изобретение относится к биореактору, пригодному для реализации способа по настоящему изобретению, причем указанный биореактор содержит:

- корпус реактора для размещения в нем по меньшей мере текучей среды (такой как смесь газа и жидкости);

- впускное отверстие для входящего потока для подачи потока текучих водных отходов, содержащего биоразлагаемое органическое вещество, в корпус реактора;

- выпускное отверстие для выходящего потока для отвода анаэробного выходящего потока из корпуса реактора;

- выпускное отверстие для газа для отвода газа из корпуса реактора;

- газожидкостный сепаратор, расположенный в корпусе реактора, причем газожидкостный сепаратор содержит газосборник и газовый канал; и

- газовую трубу, соединенную с газожидкостным сепаратором, причем газовая труба также выполнена с возможностью обеспечения прохождения газа из газового канала в свободное надуровневое пространство (headspace) корпуса реактора или соединена по текучей среде с открытой камерой корпуса реактора.

Указанный способ обычно используется для получения очищенного водного потока и обеспечения биогаза, представляющего собой источник метана, который может быть сожжен или использован для выработки энергии.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что способ очистки in situ не требует времени простоя и может быть осуществлен в системе анаэробного биореактора при продолжении выполнения способа анаэробной обработки потока отходов. Способ по настоящему изобретению может быть пригоден для использования в биореакторах, в которых способ анаэробной обработки осуществляют в непрерывном или периодическом режиме. Другое преимущество заключается в отсутствии необходимости установки дополнительных насосов или нагнетателей в биореакторе для осуществления способа очистки по настоящему изобретению. Кроме того, биогаз, полученный в биореакторе, может быть успешно использован в ходе способа очистки без необходимости использования дополнительной конструкции для внутреннего распределения внутри корпуса реактора. Еще одно преимущество заключается в том, что указанные способы могут быть осуществлены ситуативным образом (т.е., могут быть осуществлены с конкретной целью по требованию) в случае ухудшения рабочих показателей биореактора, связанного с возможным засорением (биомассой). В другом варианте или дополнительно, способ может быть автоматизирован с целью его осуществления в периодическом режиме с предпочтительным обеспечением профилактической очистки, в результате чего по меньшей мере по существу предотвращают излишнее накопление твердых веществ (таких, как биомасса).

Согласно первому предпочтительному способу очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора, газожидкостный сепаратор содержит газосборник, соединенный по текучей среде с закрываемой газовой трубой, причем указанная газовая труба кроме того соединена по текучей среде с открытой камерой корпуса реактора, причем способ очистки in situ включает этап закрывания газовой трубы с обеспечением таким образом высвобождения газа из-под газосборника, с обеспечением тем самым смывающего эффекта, вызываемого турбулентным потоком текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газожидкостного сепаратора.

Неожиданно было обнаружено, что первый предпочтительный вариант реализации может быть предпочтительно использован для удаления значительных засорений (биомассой) в газожидкостном сепараторе без необходимости полного отключения биореактора. Значительные засорения (биомассой) в газожидкостном сепараторе могут приводить к неисправности газожидкостного сепаратора вследствие закупориваний, вызываемых указанными засорениями, на которые обычно указывает значительное уменьшение эффективности способа удаления биоразлагаемых органических веществ из потока отходов и сопутствующего способа выработки биогаза. Указанные частичные засорения (биомассой) обычно приводят к перепуску в процессе анаэробной обработки и образованию мертвого пространства в биореакторе, на что обычно указывает уменьшение эффективности способа удаления биоразлагаемых органических веществ из потока отходов, снижение объема выработки биогаза, или образование холодных пятен на стенках биореактора.

Согласно второму предпочтительному способу очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора, газожидкостный сепаратор содержит газовый канал, который снабжен закрываемой газовой трубой, выполненной с возможностью обеспечения прохождения газа из газового канала в свободное пространство корпуса реактора,

причем указанный способ очистки in situ включает открывание газовой трубы с обеспечением таким образом возможности высвобождения газа в указанное свободное пространство, с обеспечением тем самым смывающего эффекта, вызываемого турбулентным потоком текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газового канала и/или газовой трубы.

Неожиданно было обнаружено, что второй предпочтительный способ очистки по настоящему изобретению может быть использован для удаления частичных засорений (биомассой) в газовом канале или газовой трубе. В данном случае указанный способ может быть выполнен быстрее по сравнению со способом по первому предпочтительному варианту реализации способа очистки согласно настоящему изобретению вследствие того, что для осуществления указанного способа очистки in situ необходимо меньше газа. Другое преимущество данного предпочтительного варианта реализации заключается в обеспечении возможности очистки газового канала и газовой трубы, не препятствующей (т.е., оказывающей минимальное воздействие) нормальному режиму работы системы биореактора.

Еще одно преимущество способа очистки in situ согласно настоящему изобретению заключается в обеспечении возможности манипулирования уровнем раздела «газ-жидкость» внутри газожидкостного сепаратора или газового канала путем закрывания или открывания газовой трубы. Указанное действие приводит к понижению или повышению уровня раздела «газ-жидкость» внутри газожидкостного сепаратора или газового канала, что приводит к образованию турбулентного потока текучей среды по существу лишь на указанных участках корпуса реактора, и соответственно, указанные способы очистки in situ оказывают ограниченное воздействие на способ обработки, осуществляемый в корпусе реактора.

Под термином «или» в настоящем описании следует понимать «и/или», если не указано обратное.

Использование какого-либо термина в единственном числе подразумевает «по меньшей мере один» элемент, если не указано обратное или если из контекста не очевидна целесообразность использования исключительно одного элемента.

Использование существительного (например, вещества, добавки, и т.д.) в единственном числе подразумевает возможность использования множественного числа, если из контекста не очевидна целесообразность использования исключительно единственного числа.

Под термином «биоразлагаемое органическое вещество» в настоящем описании понимают органическое вещество, которое под воздействием биомассы в реакторе по существу в анаэробных условиях может быть преобразовано, в частности в биомассу или метан.

Под термином «органическое вещество» в настоящем описании понимают любое органическое вещество, которое может быть подвергнуто химическому окислению, что может быть определено посредством испытания на химическое потребление кислорода (ХПК) согласно стандарту ISO 6060:1989.

Под термином «нормальный режим работы» в настоящем описании понимают способ анаэробной обработки потока отходов, осуществляемый в анаэробном биореакторе без осуществления этапа очистки (таким образом, до, после, или между процедурами очистки с использованием способа очистки по настоящему описанию).

Под термином «биогаз» в настоящем изобретении понимают продукт in situ способа обработки потока текучих водных отходов, осуществляемого в биореакторе, обычно с высоким содержанием метана.

Под термином «закрываемый» в настоящем описании следует понимать возможность обратимого закрывания, если не указано обратное.

Под термином «засорение» в настоящем описании понимают засорения, остатки, образование наслоений и отложение/скопление твердых веществ, таких как грязь и биомасса.

Под термином «биореактор» в настоящем описании понимают анаэробный биореактор.

Термин «по существу» в настоящем описании обычно используется для указания на общий характер или функцию соответствующего элемента. В случае ссылки на измеримый признак, указанный термин используется для указания на обеспечение по меньшей мере 75%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно по меньшей мере 95% от максимального значения указанного признака.

Под термином «по существу лишенный» в настоящем описании обычно понимают отсутствие вещества (содержание ниже предела обнаружения, достижимого при использовании аналитической технологии, известной на дату подачи заявки на изобретение) или присутствие вещества в незначительном объеме, не оказывающем значительного влияния на свойства продукта, по существу лишенного указанного вещества. В практическом смысле (в количественном выражении) продукт обычно считают по существу лишенным вещества, если массовая доля вещества составляет 0-0,1 масс. %, предпочтительно 0-0,01 масс. %, более предпочтительно 0-0,001 масс. %.

Турбулентный поток текучей среды обеспечивает смывание/удаление засорений, остатков, наслоений и скоплений твердых веществ, таких как грязь и биомасса, присутствующих внутри или на по меньшей мере части газожидкостного сепаратора или газового канала и газовой трубы биореактора.

В целях обеспечения ясности и лаконичности описания в настоящем описании признаки раскрыты в виде части одного или отдельных примеров реализации, но следует понимать, что объем изобретения может включать примеры реализации, включающие комбинации всех или некоторых из раскрытых признаков изобретения.

В преимущественном варианте реализации изобретения газ, используемый в способах очистки по настоящему изобретению, по существу состоит из биогаза, выработанного in situ в результате анаэробного преобразования органического вещества в биореакторе. При необходимости указанный газ, используемый для очистки, также содержит газ из внешнего источника (обычно с низким содержанием кислорода (т.е., менее 1 об. % кислорода), и предпочтительно, лишенный кислорода), в частности, газ из внешнего источника, выбранный из группы, состоящей из метана и азота.

Газожидкостный сепаратор, используемый в способах и биореакторе по настоящему изобретению, может представлять собой сепаратор, известный из уровня техники. Типичные примеры газожидкостных сепараторов включают трехфазные отстойники, (внутренние) отстойники, и отражательные элементы (перегородки). Подобные газожидкостные сепараторы отводят газ от участка, на котором состояние покоя обеспечивает осаждение твердых веществ (биомассы) и их возвращение в основное тело корпуса реактора. Обычно газожидкостный сепаратор по меньшей мере частично погружен в текучую среду в корпусе реактора. Газожидкостный сепаратор обычно содержит отверстие на нижней стороне, соединенное по текучей среде с корпусом реактора (для транспортировки текучей среды из корпуса реактора в газожидкостный сепаратор), и отверстие на верхней стороне, соединенное по текучей среде с газосборником (для транспортировки газа из газожидкостного сепаратора в газосборник).

Предпочтительно, биореактор содержит множество газожидкостных сепараторов. В одном из вариантов реализации газожидкостные сепараторы расположены в виде одного слоя. В другом варианте реализации газожидкостные сепараторы расположены в несколько (два или более), предпочтительно ступенчатых, уровней в корпусе реактора биореактора. В частности, при конструкции реактора с несколькими уровнями газожидкостных сепараторов, очистка нижнего уровня или уровней в значительной степени облегчается посредством способа очистки согласно настоящему изобретению вследствие того, что доступ к указанным уровням извне реактора затруднен (или практически невозможен).

Предпочтительно, газожидкостные сепараторы выполнены в верхней части (верхней половине) корпуса реактора.

Газосборник, используемый в способах и биореакторе по настоящему изобретению, обычно представляет собой газосборный купол или подобный элемент. Газосборник обычно находится в верхней части газожидкостного сепаратора, причем газосборник содержит отверстие на нижней стороне, соединенное по текучей среде с газожидкостным сепаратором (для транспортировки газа из газожидкостного сепаратора в газосборник). Газосборник также обычно содержит отверстие на верхней стороне, соединенное по текучей среде с газовым каналом или газовой трубой (для отвода газа из газосборника).

Подходящий газовый канал, который может быть использован в газожидкостном сепараторе в способах и биореакторе по настоящему изобретению, представляет собой газосепаратор или газовый трубопровод. В случае, если газовый канал представляет собой газовый трубопровод, собранный газ обычно отводится непосредственно с верхней стороны газосборника. Газовый канал обычно расположен в корпусе реактора в непосредственной близости от газожидкостного сепаратора и под газовой трубой. Газовый канал обычно снабжен по меньшей мере одним отверстием для подачи газа в газовый канал, и другим отверстием для транспортировки газа в газовом канале в газовую трубу.

Газовая труба обычно содержит входное отверстие и выходное отверстие. В предпочтительном варианте реализации входное отверстие газовой трубы соединено по текучей среде с газосборником, а выходное отверстие газовой трубы соединено по текучей среде с открытой камерой корпуса реактора. В другом предпочтительном примере реализации входное отверстие газовой трубы соединено с газовым каналом, а выходное отверстие газовой трубы выполнено с возможностью обеспечения прохождения газа из газового канала в свободное пространство корпуса реактора.

Газовая труба может представлять собой газовую трубу с ответвлениями, содержащую по меньшей мере два ответвления, каждое из которых образует выходное отверстие, причем первое ответвление газовой трубы соединено (посредством выходного отверстия) с частью корпуса реактора, отличной от его части, с которой соединено второе ответвление газовой трубы. Предпочтительно, по меньшей мере одно ответвление газовой трубы выполнено с возможностью обеспечения прохождения газа из газовой трубы в свободное пространство корпуса реактора, а вторая газовая труба соединена с обеспечением прохождения газа в открытую камеру корпуса реактора.

Газовая труба может быть соответствующим образом выполнена с возможностью обратимого закрывания посредством одного или более клапанов или других закрывающих средств, выполненных внутри указанной газовой трубы или на ее конце. Предпочтительно, указанные один или более клапанов или других закрывающих средств, выполненных внутри указанной газовой трубы или на ее конце, также выполнены за пределами биореактора; преимущество указанной конфигурации заключается в облегчении доступа к указанным средствам и клапанам и в обеспечении большей степени контроля за уровнем раздела «газ-жидкость» в газовом канале и газожидкостном сепараторе.

Оператор может определять момент желательного запуска способа очистки согласно настоящему изобретению на основании информации, раскрытой в настоящем описании, и широко известных общих знаний.

Необходимость запуска способа очистки может быть определена в каждом конкретном случае, в частности, на основании отклонений в значимых рабочих параметрах, таких как уменьшение эффективности удаления биоразлагаемых органических веществ из потока отходов, снижение объема выработки биогаза, и/или образование холодных пятен на стенках биореактора. Указанный способ может быть ручным или автоматизированным, т.е. с обеспечением автоматического мониторинга одного или более параметров и автоматического запуска способа очистки в случае выхода выбранных параметров за границы заданных пределов значений.

Предпочтительная система биореактора, соответствующим образом работающая в автоматическом режиме, обеспечена устройством измерения для мониторинга одного или более из указанных параметров, имеющим выходной сигнал, контроллер, имеющий приемник для приема указанного выходного сигнала, причем контроллер кроме того выполняет функцию определения того, находятся ли один или более параметров в заданных пределах значений, и выход для активации и остановки способа очистки (сигнал открывания/закрывания открывающих средств в газовой трубе или газовых трубах).

В другом предпочтительном варианте реализации газовую трубу периодически закрывают и повторно открывают (через периодические промежутки времени, например, для очистки по меньшей мере раз в неделю, по меньшей мере раз в две недели, или по меньшей мере раз в месяц) с обеспечением таким образом профилактического способа очистки, в результате чего по меньшей мере по существу предотвращают излишнее накопление твердых веществ (таких как биомасса). В частности, в подобном примере реализации указанные один или более клапанов или других закрывающих средств снабжены контроллером, таким как таймер для установки промежутков времени для периодического открывания и закрывания газовой трубы. Специалист в данной области техники может определить надлежащий промежуток времени для выполнения способа очистки in situ по настоящему изобретению на основании информации, раскрытой в настоящем описании, и широко известных общих знаний.

Обычно, в нормальном режиме работы биореактора, клапан закрываемой газовой трубы, выполненный с возможностью обеспечения прохождения газа из газового канала в свободное пространство корпуса реактора, закрыт.

Открытая камера корпуса реактора обычно расположена в корпусе реактора в непосредственной близости от газожидкостного сепаратора. Открытая камера корпуса реактора обычно обладает повышенным уровнем раздела «газ-жидкость» по сравнению с остальной частью корпуса реактора вследствие удержания газа, являющегося результатом подачи газа из выходного отверстия газовой трубы в текучую среду, расположенную в указанной камере.

Анаэробный выходящий поток (очищенный выходящий поток) обычно отводят из корпуса реактора через выпускное отверстие для выходящего потока, такой как труба сброса выходящего потока, открытый желоб, или любые другие средства, предпочтительно с верхней части корпуса реактора выше газожидкостного сепаратора.

(Био)газ обычно отводят из корпуса реактора посредством выпускного отверстия для (выходящего потока) газа, такого как закрываемая труба для отвода газа, предпочтительно из свободного пространства корпуса реактора.

Впускное отверстие для входящего потока для подачи потока текучих водных отходов в корпус реактора может представлять собой подходящую систему распределения входящего потока. Предпочтительно, система распределения входящего потока расположена в нижней части корпуса реактора.

Способ по настоящему изобретению может быть надлежащим образом осуществлен в биореакторах известных из уровня техники типов, таких как реакторы с восходящим потоком, при условии, что указанные реакторы снабжены одной или более газовыми трубами для направления потока газа согласно настоящему изобретению. Предпочтительно, биореактор, используемый для реализации способа по настоящему изобретению, выбран из группы, состоящей из анаэробных реакторов со слоем активного ила и восходящим потоком (upflow anaerobic sludge blanket reactors, UASB), реакторов с расширенным слоем гранулированного активного ила (expanded granular sludge blanket reactors, EGSB), реакторов с внутренней циркуляцией (internal circulation reactors, IС), реакторов с псевдоожиженным слоем, анаэробных реакторов с перегородками, и анаэробных фильтров.

Корпус реактора обычно содержит текучую среду, представляющую собой газожидкостную смесь, выработанную в результате анаэробной обработки потока отходов. Текучая среда также обычно содержит биомассу и биоразлагаемое органическое вещество, которое по меньшей мере частично преобразуются посредством биомассы по существу в анаэробных условиях с выработкой таким образом биогаза (такого, как метан).

Различные аспекты настоящего изобретения раскрыты в нижеприведенном описании со ссылкой на чертежи, на которых газожидкостные сепараторы выполнены на двух уровнях, один из которых является необязательным.

На фиг. 1а и 1b показаны различные виды в поперечном разрезе (с горизонтальным поворотом на 90° относительно друг друга) биореактора и газожидкостного сепаратора в нормальном режиме работы,

На фиг. 2а и 2b показаны различные виды в поперечном разрезе (с горизонтальным поворотом на 90° относительно друг друга) биореактора в режиме очистки газожидкостного сепаратора (в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения и первым предпочтительным вариантом реализации),

На фиг. 3а и 3b показаны различные виды в поперечном разрезе (с горизонтальным поворотом на 90° относительно друг друга) биореактора в режиме очистки газового канала и первой газовой трубы биореактора (в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения и вторым предпочтительным вариантом реализации).

На фиг. 1а и 1b показан биореактор (1) по настоящему изобретению в нормальном режиме работы, причем биореактор (1) содержит корпус (2) реактора, содержащий текучие сточные воды, подаваемые в корпус реактора через впускное отверстие (не показано). Растет уровень сточных вод в корпусе (2) реактора, в котором расположена иловая площадка, в основном состоящая из гранулированного ила. В результате анаэробного разложения (биологических) загрязнителей в сточной воде образуется биогаз (такой, как метан), и формируется смесь твердого вещества, жидкости и газа. Текучая среда, такая как смесь газа и жидкости, проходит (течет) кверху и входит в погруженный газожидкостный сепаратор (5), в котором газ отделяют от смеси посредством отражательных элементов (10) (перегородки). Разделенный газ собирают в газосборники (газосборные купола) (6), причем газ показан на фиг. 1а и 1b в виде точек. Собранный газ затем транспортируют по газовому каналу (11) в газовую трубу (7, 7а, 7b) с ответвлениями. Клапан на газовой трубе (7b) закрыт, а клапан на газовой трубе (7а) открыт, что позволяет газу выходить через выходное отверстие газовой трубы (7а) в текучую среду, содержащуюся в открытой камере (9) корпуса (2) реактора. Указанный способ позволяет поддерживать уровень раздела «газ-жидкость» внутри газожидкостного сепаратора (5). Газ, высвобождаемый в открытую камеру (9), вызывает повышение уровня текучей среды в открытой камере (9) корпуса (2) реактора вследствие уменьшения плотности текучей среды. Анаэробный выходящий поток (очищенный выходящий поток) отводят по трубе (3) сброса выходящего потока, реализованной в верхней части корпуса (2) реактора. Выработанный (био)газ удаляют из свободного пространства (8) корпуса (2) реактора посредством трубы (4) для отвода газа, выполненной на верхней стороне биореактора (1).

На фиг. 2а и 2b показан биореактор (1) в режиме очистки газожидкостного сепаратора (5) биореактора (1). Различие между фиг. 1а и 1b и фиг. 2а и 2b заключается в том, что на фиг. 2а и 2b клапан газовой трубы (17, 17а) закрыт. При необходимости газовая труба (17, 17а) содержит ответвление (17b) газовой трубы, обозначенное прерывистой линией, причем ответвление (17b) газовой трубы также содержит закрытый клапан. В результате закрывания клапана или клапанов газовой трубы (17, 17а, 17b) предотвращен выход газа в открытую камеру (9) корпуса (2) реактора и растет давление газа под газосборником (газосборными куполами) (6). Указанный рост давления газа продолжается до достижения значения давления, достаточного для понижения уровня раздела «газ-жидкость» внутри газожидкостного сепаратора (5), что приводит к выбросу газа с образованием турбулентного потока текучей среды, обеспечивающего очистку по меньшей мере части газожидкостного сепаратора (5).

На фиг. 3а и 3b показан биореактор (1) в режиме очистки газового канала (11) и газовой трубы (27, 27b) газожидкостного сепаратора (5) биореактора (1). Различие между фиг. 1а и 1b и фиг. 3а и 3b заключается в том, что на фиг. 3а и 3b клапан газовой трубы (27, 27b) открыт, и газовая труба (27, 27b) содержит выходное отверстие, соединенное по текучей среде со свободным пространством (8) корпуса (2) реактора. Газовая труба (27, 27b) при необходимости содержит ответвление (27а) газовой трубы, обозначенное прерывистой линией, причем ответвление (27а) газовой трубы соединено по текучей среде с открытой камерой (9) корпуса (2) реактора посредством открытого клапана. В результате открывания клапана или клапанов газовой трубы (27, 27b, 27а) обеспечен выход газа напрямую кверху в свободное пространство (8) биореактора (1), в результате чего уровень раздела «газ-жидкость» внутри газового канала (11) растет с образованием турбулентного потока текучей среды, обеспечивающего очистку по меньшей мере части газового канала (11) и газовой трубы (27, 27b, 27а).

Изобретение предназначено для анаэробной обработки водных отходов. Способ очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора включает направление потока газа в биореакторе для создания смывающего эффекта, вызываемого турбулентными потоками текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газожидкостного сепаратора. Газожидкостный сепаратор содержит газосборник, соединенный по текучей среде с закрываемой газовой трубой, причем указанная газовая труба также соединена по текучей среде с открытой камерой корпуса реактора. Способ очистки включает этап закрывания газовой трубы с обеспечением таким образом высвобождения газа из-под газосборника, с обеспечением тем самым смывающего эффекта, вызываемого турбулентным потоком текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газожидкостного сепаратора. Способ обработки потока текучих водных отходов, содержащего биоразлагаемое органическое вещество, включает подачу потока водных отходов в анаэробный биореактор, обеспечение химической реакции биоразлагаемого органического вещества с биомассой в биореакторе, по существу, в анаэробных условиях с образованием таким образом биогаза, причем указанный способ включает осуществление способа очистки in situ. Биореактор содержит корпус реактора для размещения в нем, по меньшей мере, текучей среды, впускное отверстие для входящего потока, выпускное отверстие для выходящего потока для отвода водного выходящего потока из корпуса реактора, выпускное отверстие для газа, газожидкостный сепаратор, расположенный в корпусе реактора. Газожидкостный сепаратор содержит газосборник, газовый канал и закрываемую газовую трубу. Технический результат: повышение эффективности обработки водных отходов. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ очистки in situ газожидкостного сепаратора анаэробного биореактора, включающий

направление потока газа в биореакторе для создания смывающего эффекта, вызываемого турбулентными потоками текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газожидкостного сепаратора,

причем газожидкостный сепаратор содержит газосборник, соединенный по текучей среде с закрываемой газовой трубой, причем указанная газовая труба также соединена по текучей среде с открытой камерой корпуса реактора,

причем способ очистки in situ включает этап закрывания газовой трубы с обеспечением таким образом высвобождения газа из-под газосборника, с обеспечением тем самым смывающего эффекта, вызываемого турбулентным потоком текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газожидкостного сепаратора.

2. Способ по п. 1, в котором газожидкостный сепаратор содержит газовый канал, который снабжен закрываемой газовой трубой, выполненной с возможностью обеспечения прохождения газа из указанного газового канала в свободное пространство корпуса реактора,

причем указанный способ очистки in situ включает открывание газовой трубы с обеспечением таким образом возможности высвобождения газа в указанное свободное пространство, с обеспечением тем самым смывающего эффекта, вызываемого турбулентным потоком текучей среды и приводящего к очистке по меньшей мере части газового канала и газовой трубы.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором газосборник представляет собой газосборный купол, расположенный в верхней части биореактора.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором газожидкостный сепаратор выбран из группы, состоящей из трехфазных отстойников, внутренних отстойников и отражательных элементов.

5. Способ обработки потока текучих водных отходов, содержащего биоразлагаемое органическое вещество, включающий:

- подачу потока водных отходов в анаэробный биореактор;

- обеспечение химической реакции биоразлагаемого органического вещества с биомассой в биореакторе, по существу, в анаэробных условиях с образованием таким образом биогаза;

причем указанный способ включает осуществление способа очистки in situ по любому из пп. 1-4 при продолжении обработки потока отходов.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газовая труба представляет собой трубу с ответвлениями, содержащую по меньшей мере два выпускных отверстия для газа, соединенные с различными частями корпуса реактора.

7. Способ по п. 6, в котором по меньшей мере одно ответвление газовой трубы выполнено с возможностью обеспечения прохождения газа из газовой трубы в свободное пространство корпуса реактора, а второе ответвление газовой трубы соединено с открытой камерой корпуса реактора.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газовая труба выполнена с возможностью обратимого закрывания посредством одного или более клапанов или других закрывающих средств, выполненных внутри газовой трубы или на ее конце, причем предпочтительно указанный один или более клапанов или других закрывающих средств внутри газовой трубы или на ее конце выполнены за пределами биореактора.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газ, используемый в указанном способе очистки, по существу, состоит из биогаза, вырабатываемого посредством анаэробного преобразования органического вещества в биореакторе.

10. Способ по любому из пп. 1-8, в котором газ, используемый в указанном способе очистки, содержит биогаз, а также газ от внешнего источника, в частности газ от внешнего источника, выбранный из группы, состоящей из метана и азота.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором биореактор содержит множество газожидкостных сепараторов, причем газожидкостные сепараторы расположены на нескольких ступенчатых уровнях в корпусе реактора биореактора.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газовая труба выполнена с возможностью автоматического закрывания и открывания.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газовую трубу периодически закрывают и повторно открывают с обеспечением таким образом профилактической очистки, в результате чего, по меньшей мере, по существу, предотвращают излишнее накопление твердых веществ.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором биореактор представляет собой реактор с восходящим потоком, предпочтительно выбранный из группы, состоящей из анаэробных реакторов со слоем активного ила и восходящим потоком, реакторов с расширенным слоем гранулированного активного ила, реакторов с внутренней циркуляцией, реакторов с псевдоожиженным слоем, анаэробных реакторов с перегородками и анаэробных фильтров.

15. Биореактор, пригодный для реализации способа по любому из пп. 1-14, причем указанный биореактор содержит:

- корпус реактора для размещения в нем, по меньшей мере, текучей среды;

- впускное отверстие для входящего потока для подачи потока текучих водных отходов, содержащего биоразлагаемое органическое вещество, в корпус реактора;

- выпускное отверстие для выходящего потока для отвода водного выходящего потока из корпуса реактора;

- выпускное отверстие для газа для отвода газа из корпуса реактора;

- газожидкостный сепаратор, расположенный в корпусе реактора, причем газожидкостный сепаратор содержит газосборник и газовый канал; и

- закрываемую газовую трубу, соединенную с газожидкостным сепаратором, причем газовая труба также соединена по текучей среде с открытой камерой корпуса реактора.

16. Биореактор по п. 15, в котором газовая труба представляет собой трубу с ответвлениями, содержащую по меньшей мере два ответвления с выпускным отверстием, причем выпускное отверстие первого ответвления связано с частью корпуса реактора, отличной от его части, с которой связано выпускное отверстие второго ответвления.

17. Биореактор по п. 16, в котором первое ответвление газовой трубы выполнено с возможностью обеспечения прохождения газа из газовой трубы в свободное пространство корпуса реактора, а второе ответвление газовой трубы связано с открытой камерой корпуса реактора.

18. Биореактор по любому из пп. 15-17, в котором газовая труба выполнена с возможностью обратимого закрывания посредством одного или более клапанов или других закрывающих средств, выполненных внутри указанной газовой трубы или на ее конце.

19. Биореактор по любому из пп. 15-18, в котором закрывающие средства газовой трубы представляют собой один или более клапанов автоматического открывания/закрывания или другие закрывающие средства.

20. Биореактор по п. 19, в котором один или более клапанов или другие закрывающие средства снабжены контроллером для обеспечения периодического автоматизированного открывания и закрывания газовой трубы.

21. Биореактор по любому из пп. 15-20, содержащий множество газожидкостных сепараторов, расположенных на нескольких ступенчатых уровнях в корпусе реактора биореактора.

22. Биореактор по любому из пп. 15-21, в котором впускное отверстие для входящего потока биореактора представляет собой систему распределения входящего потока, причем указанная система распределения входящего потока предпочтительно расположена в нижней части корпуса реактора.

23. Биореактор по любому из пп. 15-22, в котором газосборник представляет собой газосборный купол, расположенный в верхней части биореактора.

24. Биореактор по любому из пп. 15-23, в котором газожидкостный сепаратор выбран из группы, состоящей из трехфазных отстойников, внутренних отстойников и отражательных элементов.