ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2095322
ФЕРМЕНТАТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА
Имя изобретателя: Тумченок Виктор Игнатьевич
Имя патентообладателя: Тумченок Виктор Игнатьевич
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1993.01.19
Использование: очистные
сооружения. Сущность изобретения: брожение
в камерах секций анаэробов-гидролитиков,
кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов
сопровождается измельчением органики
зернистой абразивной засыпкой при
вибрациях, передаваемых от вибратора,
причем взвеси последовательно переходят от
патрубка по камерам и по компенсационным
элементам, а решетки задерживают зернистую
засыпку и крупные включения взвесей.
Образующиеся газообразные продукты
распада поступают в сборники, а из них в
коллектор секции метаногенов, в камерах
секции метаногены конвертируют двуокись
углерода в метан. Под воздействием
абразивной зернистой засыпки в камерах
происходит частичное разрушение оболочек
клеток метаногенов с освобождением
ферментов, которые обеспечивают
метаногенам ферментолиз, т.е. разложение
воды на кислород и водород, в результате
масса биогаза превышает массу распавшейся
органики. Проведение брожения раздельно по
секциям сводит до минимума угнетение
жизнедеятельности одних бактерий
метаболитами других и последовательный
переход от кислой среды к слабощелочной в
секции. У метаногенов одновременно биогаз
освобождается от вредных примесей,
например сероводорода, что позволяет
использовать его в качестве горючего в
двигателях внутреннего сгорания.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к технике
выработки биогаза при сбраживании
полимеров растительного и животного
происхождения, фекально-бытовых сточных
вод и может быть использовано на очистных
сооружениях.
Известен ферментатор, включающий
корпус с перегородками, образующими 4
секции, со сборщиками ила в нижней части и
сборниками биогаза в верхней части
горизонтального корпуса, выполненного с
технологическими патрубками и
трубопроводами, недостатком которого
является низкое содержание метана в
биогазе, что снижает эффективность работы
ферментатора (см. У.Э.Виестур, А.М. Кузнецов,
В.В.Савенков. Системы ферментации. Рига, 1986,
с. 18, рис. 2.2).
Цель изобретения повышение эффективности
работы.
Цель достигается тем, что секции анаэробов-гидролитиков,
кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов
снабжены установленными вдоль оси корпуса
на подвеске камерами с перфорированными
стенками, обращенными к боковым стенкам
корпуса, с абразивной зернистой засыпкой,
заполняющей нижнюю часть камер, которые
сообщены друг с другом и с патрубком
подвода субстрата компенсационными
элементами и решетками, установленными
между камерами и компенсационными
элементами, причем камеры взаимодействуют
с вибратором, а секция метаногенов
выполнена в виде цилиндрического корпуса,
установленного под углом к секции
ацетогедрогенов, а по оси секции
смонтирован коллектор, сообщенный внизу со
сборником биогаза секции ацетогидрогенов,
снабжен лучевыми барботерами с
односторонними отверстиями, размещенными в
камерах, образованных горизонтальными
сплошными перегородками, причем камеры
сообщены друг с другом трубами и со
сборником биогаза в верхней части и
сборником осветленной бражки в нижней, при
этом секция ацетогидрогенов сообщена по
бражке с верхней камерой секции
метаногенов, снабженных абразивной
зернистой засыпкой, над которой в камерах
установлены горизонтальные
перфорированные решетки, снабженные на
поверхности, обращенной к зернистой
засыпке, пучками иммобилизационных волокон.
Камеры с абразивной зернистой засыпкой (керамзит,
вспученный перлит, брусит, пластмассы,
армированные зернами карбида бора, кардида
кремния и т. д.) при вибрировании в секциях
анаэробов-гидролитиков, кислотогенов,
ацетогенов, ацетогидрогенов обеспечивают
измельчение полимеров животного и
растительного происхождения (навоз, помет,
фекалии, твердые бытовые отходы,
растительные остатки, торф, лигнин,
растительные остатки и т.д.) до размеров,
сопоставимых с размерами микроорганизмов.
Одновременно тонкодиспергированные взвеси
обеспечивают повышение буферности
популяций бактерий в соответствующей
секции. Выполнение камер с решетками до
минимума сокращает переток взвесей
предыдущей камеры в последующую и
обеспечивает локальность функционирования
популяций микроорганизмов. Выполнение
секции метаногенов из камер, сообщенных
трубами, обеспечивает создание условий по
исчерпыванию биогенных элементов питания
бражки популяциями бактерий,
адаптированных к изменению состава бражки
при ее перемещении сверху вниз. Круговые
перемещения бражки под воздействием
импульсов биогаза, истекающего из
односторонних отверстий барботеров,
приводит к частотному повреждению оболочек
клеток метаногенов с освобождением
ферментов, разлагающих воду на кислород и
водород, и использованию последнего для
конверсии двуокиси углерода в метан, в
результате чего масса биогаза на 30-50%
превышает массу распавшейся органики.
Перфорированные перегородки в камерах с
пучками волокон увеличивают контакт между
биогазом и бражкой и обогащение биогаза
метаном.
На фиг. 1 показан продольный разрез
ферментатора; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на
фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 схема
биологических процессов по секциям
ферментатора.
 |
Ферментатор включает корпус 1 с
перегородками 2, образующими секции: I -
анаэробов-гидролитиков, II килотогенов, III
ацетогенов, IV - ацетогидрогенов, V
метаногенов, со сборниками 3 ила в нижней и
сборниками 4 биогаза в верхней частях
горизонтального цилиндрического корпуса 1,
выполненного с технологическими
патрубками и трубопроводами. Секции I IV
снабжены установленными вдоль оси корпуса 1
на подвеске 5 камерами 6 с перфорированными
стенками 7, обращенными к боковым стенкам
корпуса 1, с абразивной зернистой засыпкой 8,
заполняющей нижнюю часть камер 6, которые
сообщены друг с другом и с патрубком 9
подвода субстрата компенсационными
элементами 10 и решетками 11, причем камеры 6
взаимодействуют с вибратором 12, а секция V
метаногенов выполнена в виде
цилиндрического корпуса 13, установленного
под углом к секции IV ацетогидрогенов, а по
оси секции V смонтирован коллектор 14,
сообщенный внизу со сборником 4 биогаза
секции IV ацетогидрогенов, снабжен лучевыми
барботерами 15 с односторонними отверстиями,
размещенными в камерах 16, образованных
горизонтальными сплошными перегородками,
причем камеры 16 сообщены друг с другом
трубами 17 и со сборником 18 биогаза в верхней
и сборником 19 осветленной бражки в нижней
части секции V. Секция IV ацетогидрогенов
сообщена по бражке с верхней камерой 16
секции V метаногенов, снабженных абразивной
зернистой засыпкой 20, над которой в камерах
16 установлены горизонтальные
перфорированные перегородки 21, снабженные
на поверхности, обращенной к зернистой
засыпке 20, пучками 22 волокон иммобилизации
метаногенов.
|
ФЕРМЕНТАТОР РАБОТАТЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Полимеры животного и растительного
происхождения измельчают в диспергаторе и
приготовленный субстрат нагревают до
температуры 32-38oC в теплообменнике (диспергатор
и теплообменик не показаны) и направляют
через патрубок 9 в камеры 6 корпуса 1. В
камерах 6 под воздействием вибрирования от
вибратора 12 абразивная зернистая засыпка 8
измельчает взвеси, что увеличивает
поверхность взаимодействия между
бактериями биогенными элементами питания
полимера. В секциях I IV последовательно
брожению подвергают белки, жиры, углеводы с
протеканием процессов, изображенных на фиг.
4. В секциях происходит изменение pH от
значений 5-5,5 в секции I до рН 7-7,5 в секции V.
Слабощелочная реакция в секции V образуется
за счет гидрата окиси аммония и
двууглекислого аммония. Образующиеся газы
из сборника 4 секции IV ацетогидрогенов по
коллектору 14 через лучевые барботеры 15
поступают в камеру 16. Газы, истекающие из
односторонних отверстий лучевых
барботеров 15, создают вращательные
перемещения бражки в камерах 16 и абразивная
зернистая засыпка 20 повреждает частично
оболочки клеток метаногенов с
освобождением ферментов, которые разлагают
воду на кислород и водород. Кислород
конверсирует вредные примеси, например
сероводород, до элементарной серы, которая
используется метаногенами в качестве
амикроэлемента. За счет ферментолиза масса
биогаза превышает массу распавшейся
органики. Бражка из вышележащих камер 16
перетекает по трубам 17 на нижележащие,
орошая перфорированные перегородки 21 и
пучки 22 волокон, на которых происходит
контакт между бражкой и биогазом, что
повышает исчерпывание из него двуокиси
углерода и конверсии ее в метан.
Обогащенный биогаз собирают в сборнике 18, а
осветленную бражку в сборнике 19 и
используют для приготовления субстрата.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ферментатор, включающий
горизонтальный цилиндрический корпус с
перегородками, образующими секции, со
сборниками ила в нижней и сборниками
биогаза в верхней частях корпуса,
выполненного с технологическими
патрубками и трубопроводами, отличающийся
тем, что секции выполнены в виде секций
анаэробов-гидролитиков, кислотогенов,
ацетогенов, ацетогидрогенов и метаногенов,
причем в первых четырех из них установлены
вдоль оси корпуса на подвесе камеры с
перфорированными стенками, обращенными к
боковым стенкам корпуса, с абразивной
зернистой засыпкой, заполняющей нижнюю
часть камер, которые соединены с вибратором
и сообщены одна с другой и с патрубком
подвода субстрата компенсационными
элементами и решетками, установленными
между камерами и компенсационными
элементами, а секция метаногенов выполнена
в виде цилиндрического корпуса,
установленного под углом к секции
ацетогидрогенов, и по оси секции
смонтирован коллектор, сообщенный в своей
нижней части со сборником биогаза в секции
ацетогидрогенов и снабженный лучевыми
барботерами с односторонними отверстиями,
размещенными в камерах, образованных
горизонтальными сплошными перегородками и
частично заполненных абразивной зернистой
засыпкой, над которой в камерах установлены
горизонтальные перфорированные решетки,
снабженные на поверхности, обращенной к
зернистой засыпке, пучками
иммобилизационных волокон, причем эти
камеры сообщены одна с другой трубами и со
сборником биогаза в верхней и сборником
осветленной бражки в нижней части секции
метаногенов, при этом секция
ацетогидрогенов сообщена по бражке с
верхней камерой секции метаногенов.
Версия для печати
Дата публикации 05.01.2007гг
вверх
|
