Установка очистки стоков Советский патент 1993 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к технике анаэробной очистки стоков с высоким содержанием аммонийного азота, нитрификация которых при аэробной очистке затруднена и может быть использована наЪчистных сооружениях свинокомплексов.

Цель изобретения - повышение качества биогаза.

Указанная цель достигается тем, что камеры разобщены, установленными поперек потока субстрата ленточными фильтрами из гибких нитей, под которыми размещены газовые фильтры в виде фильтросных труб, отверстия которых направлены в объем ленточного фильтра, а камера метаного брожения разобщена на секции ленточными фильтрами, между которыми размещены, взаимодействующие встречными струями вверху фильтросная труба для иловой воды, а внизу для биогазэ. причем область взаимодействия ограничена дополнительными ленточными фильтрами из гибких нитей.

Особенностью стоков свинокомплекса является высокое содержание общего азота, который угнетает биоценоз активного ила, в особенности это касается аммонийно го азота, который частично переводится нитрифицирующими бактериями первоначально в азотистую, а затем в азотную кислоту.

4NH4 + 702 - 4HN02 + 6Н20 2НМ02 + Оа- 2НМОз

В условиях анаэробной обработки, аммиак переходит в гидрат окиси аммония

МНз + НаО -(МН4)ОН и двууглекислый аммоний

МНз + СОа + НаО -(МНд)НСОз. которые обеспечивают слабощелочную среду в каме00 О 00 00

00

ре щелочного брожения, т.е. улучшают работу метаногенов.

При распаде белка, который проходит по реакции

БЕЛКИ + Н20 + С02 + H2S + + МНз + С02. образуется сероводород, который является ингибитором для метанообра- зунж1их бактерий, а поэтому требуется его разложение до элементарной органической серы, путем окисления кислородом при ферментном разложении воды метаногенами, которые используют водород воды, а кислород окисляет сероводород, что улучшает ус- ловия последующего использования биогаза.

Распределение процессов распада беззольного органического вещества по камерам кислого, регрессии кислого, щелочного и метанового брожения позволяет учитывать биогенный состав стоков свиноводства и используемого в качестве источника углерода жидкого птичьего помета. Наиболее легко расщепляемым компонентом являются жиры, которые подвергаются распаду в камере кислого брожения. .

ЖИРЫ + Н2О - 2 CH/i + СОа, обеспечивающие максимальный выход метана достигающий 1,25-1.5 кг с 1 кг жира, причем переходу его в камеру регрессии кислого брожения препятствует ленточный фильтр, перекрывающий в верхней части поток стоков, по пропускающий белки и углеводы.

Название следующей камеры принято из условия, что при распаде белка выделяется сероводород, препятствующий жизнедеятельности чистых метаногенов

БЕЛКИ + Н20 + С02 + + H2S + NH3+C02

В камере щелочного брожения происходит распад углеводов, которые являются наиболее трудноразлагаемой фракцией

УГЛЕВОДЫ + HzO + ЗСН4, причем специального их отделения не применяют, т.е. в камеру переходит избыточное количество беззольного органического вещества из предыдущей камеры, а задерживаются ленточным и газовым фильтрами газовая составляющая продуктов распада. Одновременно в этой камере происходит переход аммиака в гидрат окиси аммония и двууглекислый аммоний, обеспечивающие щелочную реакцию.

В камере метанового брожения происходит синтез СН из диоксида углерода, которому способствует разобщение пространства камеры на отдельные секции ленточными фильтрами и взаимодействие между смесью газов и иловой водой в пространстве между ленточными фильтрами, гибкие нити которых заселяются метангенами.

Здесь же в камере на ложном днище происходит отделение иловый воды и отвод зольной части помета и свиных стоков. Камеры кислого, регрессии кислого, щелочного брожения снабжены фильтросными трубами со0 общенными с насосами, что препятствует образованию плотных отложений на днищах. Камеры имеют перекрытия с замкнутыми газовыми оьемами, в которых низконапорными вентиляторами осуществ5 ляется замкнутая рециркуляция газа,, причем перетоку газа из одного газового объема в другой в значительных количествах препятствуют ленточные и газовые фильтры, причем локальные газовые объемы пере0 крыты общим газовым объемом, расположенным выше-и заполнение которого осуществляется газом из газового объема камеры метанового брожения. Газовые объемы камер и общий газовый объем являются

5 изоляцией для термофильного режима, который используется в камерах. По периметру камер и по периметру общего газового объема выполнены гидравлические затворы, обеспечивающие герметичность и пре0 пятствующих выходу биогаза и входу воздуха, причем общий газовый объем выполнен с компенсатором типа гармошка, аккумулирующим избыточное количество газа. Раздельный распад компонентов без5 зольного органического вещества с рециркуляцией локальных газов обеспечивает достижение цели изобретения - повышение качества биогаза за счет полного устранения аммиака, сероводорода и снижения ко0 личества диоксида углерода.

На фиг. 1 показан вид в плане установки, при снятых перекрытиях; на фиг.2 - укруп- ненно разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг.4 -укрупненно

5 разрез В-В на фиг.1: на фиг. 5 укрупненно , разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг. 1 (укрупненно).

Установка очистки стоков содержит корпус, разобщенный на камеры кислого I, ре:

0 грессии кислого II, щелочного III, метанового IV брожения, приямка 2 с колодцем 3, патрубком подеода стоков 4 и отвода осадка патрубком 5, в камерах Mi-Ill размещены фильтросные трубы 6 сообщенные с

5 насосами 7. Камеры HI-III разобщены, установленными поперек потока субстрата ленточными фильтрами 8 из гибких нитей, под которыми размещены газовые фильтры 9 в виде фильтросных труб, отверстия 10 которых направлены в объем ленточного

фильтра 8. а камера метаного брожения 111 разобщена на секции 11 ленточными фильтрами 12. между которыми размещены, взаимодействующие встречными струями, вверху фильтросная труба 13 для иловой воды, а внизу труба 14 для биогаза, причем область 15 ограничена дополнительными ленточными фильтрами 16 и 17 из гибких нитей. Корпус 1 выполнен с перекрытием 18, выполненным по периметру с гидравлическим затвором 19, а над ним размещено перекрытие 20 с компенсатором 21 и гидравлическим затвором 22, причем последний установлен на ленточном фундаменте 23. Камера метанового брожения III выполнена с ложным днищем 24, под которым размещен сборник 25 иловой воды с пульсатором 26 и патрубком 27 ее отвода, а над ложным днищем 24 размещен патрубок 28 отвода осадка. Газовое пространство К сообщено с пространством Л низконапорным вентилятором 29. Днища камер I-II-III выполнены с уклонами Ж и Е. Глубина Г газовых фильтров9 значительно меньше их расстояния Д от днища камер I-I1-III. Переход субстрата осуществляется за счет подпора при его непрерывном подводе в приямок 2.

Установка очистки стоков работает следующим образом.

Особенностью стоков свиноводства является высокое содержание общего азота при сравнительно низком содержании углерода, что затрудняет работу анаэробных микроорганизмов, поэтому проводят коррекцию за счет добавки птичьего намета или другой органики. Скорректированные по биогенным элементам стоки по патрубку 4 поступают в колодец 3 приямка 2, откуда тяжелые минеральные примеси отводятся по патрубку 5, а субстрат поступает в камеру кислого брожения 1, где под действием седиментации и.флотации из фйльтросных труб 6 при перемешивании насосом 7 происходит отделение жира,который подвергается распаду под воздействием маслянокислых и молочнокислых бактерий с переводом жира в кислоты, спирты и газы. Через ленточный фильтр 8 из гибких нитей субстрат проходит в камеру регрессии кислого брожения, где под воздействием маслянокислых и молочнокислых бактерий происходит распад белка их разновидностями адаптированными к данному компоненту, причем проходу жиров в камеру II препятствует газовая завеса, создаваемая пузырьками газа, истекающими через отверстия 10 фйльтросных труб 9. Субстрат из камеры II поступает в камеру III, причем в нем после обработки в предыдущей камере

в основном присутствуют углеводы, которые разлагаются адаптированными к их распаду метаногенами. Переходу газа из камеры 1 в камеру III препятствует в какой-то

мере ленточные фильтры 8 и газовый фильтр, создаваемый пузырьками, истекающими из отверстий 10 фйльтросных труб 9. В камере IV метанового брожения метаноге- ны переходят диоксид углерода в метан с

0 использованием биокатализатора в виде ферментов разлагающих воду на эодород и кислород, причем водород обеспечивает синтез метана, а кислород освобождает би- огаз от-;сероводорода с переводом его в ор5 ганическую серу серобактериями. Разбивка камеры метанового брожения на секции 11 обеспечивает исчерпывание иловой воды от летучих жирных кислот, азота аммонийных соединений последовательной адаптацией

0 метанобактерий к изменяющемуся по ходу иловой воды составу при взаимодействии встречных струй иловой воды, истекающих из отверстий фйльтросных труб 13 и газа, истекающего через перфорацию труб 14,

5 причем бактерии, заселяющие ленточные

фильтры 16 и 17, обеспечивают устойчивую

микрофлору биоценоза. Днища камер 11-111

имеют уклон Е в направлении камеры IV,

. на ложном днище 24 которой происходит

0 отделение иловой воды, которая из сборника 25 отводится по патрубку 27. Периодически патрубок 27 перекрывается запорной арматурой 30, происходит подтопление сборника 25 до уровня ложного днища 24 и

5 за счет колебаний уровня илооой воды при работе пульсатора 26, происходит освобождение ложного днища 24 от закупорки, т.е. устраняется кальматация. Осадок, состоящий из зольной составляющей органическо0 го вещества, поступающего в установку, отводят с ложного днища 24 по патрубку 28. Биогаз из камеры IV отводится вентилятором 29 в газовое пространство Л под перекрытием 20, причем при увеличении ко5 личества биогаза происходит увеличение объема пространства Л за счет компенсатора 21. Гидравлические затворы 19 и 22 обеспечивают герметизацию газовых обье- мов К и Л. Концы перекрытий 18 и 20

0 удерживаются в гидравлических затворах 19йи 22 скрутками 31, причем гидравлический затвор 19 установлен на стенке корпуса 1, а затвор 22 на ленточном фундаменте 23, который воспринимает усилия, действу5 ющие на перекрытие 20. Гибкие нити фильтров 8,12,16 и 17 изготавливают из стекловолокна или базальтового волокна, которые имеют высокую инертность к воздействию рабочих сред установки и самое основное, что не удерживают на своей поверхности старые и погибшие микроорганизмы, т.е. происходит постоянное обновление биоценоза молодыми высокоактивными клетками молочнокислых, мэслянокислых, метанообразующих бактерий и серобактерий. Перекрытия 18 и 20 и находящиеся под ними газовые объемы К и Л являются теплоизоляцией, так как газы имеют низкую теплопроводность и создают убывающий температурный градиент между субстратом на уровне Г и внешней средой выше перекрытия 20, причем не исключается дополнительное воздушное перекрытие в виде строительной конструкции,

Технико-экономический эффект заклю- чается в том, что предлагаемая установка позволяет достигать степени распада беззольного органического вещества 90-95%, путем раздельного распада жиров, белков, углеводов и устранения подавления жизне- деятельности одних микроорганизмов метаболитами других. С другой стороны последовательность обработки обеспечивает использование углерода и метаболитов бактерий предыдущей обработки в качестве биогенных элементов для последующих популяций биоценоза, Использование локальной замкнутой циркуляции позволяет

освобождать биогаз от вредных и инертных примесей и доводить содержание метана в биогазе до 95-98% при выходе 1,2-1,5 кг с 1 кг беззольного органического вещества при калорийности порядка 9000 ккал/кг. что соответствует калорийности бензина. Отказ от практикуемой в настоящее время минерализации и нитрификации позволяет повысить качество очистки стоков.

Формула изобретения Установка очистки стоков, содержащая корпус, разделенный на камеры кислого брожения, регрессии кислого брожения, щелочного и метанового брожения с перекрытиями камер и корпуса; а также патрубки подвода и отвода сред, о тличающая- с я тем, что, с целью повышения качества биогаза, камеры снабжены поперечными ленточными фильтрами из гибких нитей и расположенными под ними газовыми фильтрами из фильтросных труб с отверстиями, направленными в обьем ленточного фильтра, камера метанового брожения снабжена дополнительными ленточными фильтрами из гибких нитей и расположенными между ними верхней трубой для иловой воды и нижней трубой для биогаза.,

Использование: очистка сроков с высоким содержанием общего азота в сельскохозяйственном производстве и может быть использовано для выработки биогаза анаэробными микроорганизмами. Сущность изобретения: в корпусе размещены последовательно приямок, камера кислого брожения, камера регрессии кислого брожения, камеры щелочного и метанового брожения, которые разобщены ленточными и газовыми фильтрами. В процессе обработки стоков происходит последовательный распад под воздействием микроорганизмов жиров, белка и углеводов с локальной циркуляцией газов, выделившихся при их распаде. Био- газ обогащается метаном за счет синтеза его из диоксида углерода в присутствии водорода, получаемого при ферментном разложении стоков. Биогаз очищается от сероводорода и аммиака, что повышает его теплоту сгорания и делает возможным для использования в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания. 6 ил.