ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2073401

СПОСОБ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ РАЗЖИЖЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ РАЗЖИЖЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Имя изобретателя: Андрюхин Тимофей Яковлевич 
Имя патентообладателя: Андрюхин Тимофей Яковлевич
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1992.12.01 

Использование: в сельском хозяйстве для анаэробного сбраживания навоза, помета, фекалий и различных растительных отходов с выработкой на них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры и семян сорняков органических удобрений и горючего биогаза. Сущность изобретения состоит в том, что анаэробное сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах метантенка, а перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в метантенк органических отходов. В резервуаре устройства для осуществления способа на куполе закреплена не доходящая до днища концентрическая перегородка, образующая сообщающиеся снизу внешнюю и внутреннюю камеры, расположенный в нижней части резервуара и разделяющий камеры элемент выполнен в виду усеченного конуса с прикреплением большего его основания к боковым стенкам корпуса, а меньшим - обращен с линии резервуара. Диаметр меньшего основания разделительного элемента выполнен меньше диаметра концентрической перегородки, патрубок подачи отходов введен во внешнюю камеру и имеет разнонаправленные отходы. По форме своего выполнения резервуар в поперечном сечении может быть в виде различных геометрических фигур.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области канализации и преимущественно предназначается к использованию в сельском хозяйстве на животноводческих и птицеводческих фермах, усадьбах сельских жителей и на индивидуальных садово-огородных участках для анаэробного сбраживания навоза, помета, фекалий и различных растительных отходов с выработкой из них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры и семян сорняков органических удобрений и горючего биогаза.

Известны способ анаэробного сбраживания осадка сточных вод и осуществляющее его устройство в виде коаксиального метатенка (а.с. СССР N 356251, C 02 F 11/04), согласно которым сырой осадок вводят в центральную часть резервуара коаксиального метатенка в зону сбраживания всей массы, где и смешивают с ней вводимый сырой осадок, тогда как коаксиальное выполнение в резервуаре метатенка не доходящей до дна резервуара перегородки образует внутри перегородки центральную камеру зону сбраживания, а между перегородкой и резервуаром внешнюю межстенную камеру, которую используют как зону уплотнения осадка и отделения иловой воды. В верхней части зоны уплотнения осадка, по всему периметру межстенной камеры, установлен перфорированный трубопровод сбора и отведения газа из камеры и для ее промывки.

Сбраживать известным способом разжиженные органические отходы сельского хозяйства, содержащих в своем составе обильное количество трудно сбраживаемых и легко всплываемых растительных органических материалов, каковыми, например, являются солома, торф, опилки и стружка древесины и другие компоненты навоза или помета, не представляется возможным, т.к. в верхней части центральной камеры метатенка образуется плотная трудноразрушаемая и препятствующая прохождению газа корка. При известном способе анаэробного сбраживания осадка сточных вод, с перемешиванием свежего осадка со всей сбраживаемой в одной камере метатенка массой, имеет место объединение многофазного процесса, каковым является процесс анаэробного сбраживания органики (гидролиз целлюлозосодержащих материалов, ферментация продуктов гидролиза, ацетатообразование и метаногенез), с усреднением фазных значений рН в единое значение рН всей в общей камере сбраживаемой массы, что значительно увеличивает время сбраживания, необходимое на распад целлюлозы, лигнина и другой огранки, снижает производительность.

Конструктивное выполнение известного коаксиального метатенка по а.с. N 356251, в котором осуществляют приведенный выше способ, также не позволяет обеспечить анаэробное сбраживание разжиженных органических отходов сельскохозяйственного производства, т. к. наряду с выполнением патрубка ввода сырого осадка в центральной части метатенка, он имеет и второй недостаток, состоящий в том, что установленный в межстенной камере кольцевой перфорированный трубопровод, предназначенный для отвода газа из межстенной камеры и периодической промывки всплывающих взвешенных веществ в зоне уплотнения в межстенной камере, не обеспечивает в центральной камере внутри, коаксиально установленной перегородки ни промывки верха камеры, ни разрушения в ней образующейся из всплывающих материалов корки. Для устранения недостатков в известном устройстве необходимы дополнительные конструктивные изменения.

Известны и другие способ анаэробного сбраживания насыщенных органическими веществами сточных вод и метантенк для его осуществления (а.с.СССР N 552308, C 02 F 11.04), внутри резервуара которого к его купольному покрытию коаксиально прикреплена не доходящая до днища концентрическая перегородка, образующая в верхней части метатенка внешнюю межстенную камеру разделения и внутреннюю центральную камеру сбраживания, снабженных газоотводными патрубками, а внутри центральной камеры установлены трубопровод подачи сырого осадка, мешалка и патрубок отвода осадка у днища.

Согласно и этому известному способу анаэробного сбраживания сточных вод, сбраживание осуществляют в центральной камере коаксиального метатенка, где вводимый в эту камеру свежий, насыщенный органическими веществами сырой осадок, смешивают со всей сбраживаемой массой, объединяя при этом разные фазы анаэробного сбраживания (гидролиза, ферментации, ацетатогенной и метаногенной фаз) воедино, усредняя фазные значения рН и смешивая преимущественные фазные симбиозы микроорганизмов, что замедляет процесс сбраживания и снижает производительность.

Приведенные недостатки известного способа не позволяет использовать его для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельскохозяйственного производства, насыщенных трудносбраживаемых и легко всплываемыми растительными материалами.

Конструктивное выполнение известного по а.с. N 552308 метантенка с коаксиально закрепленной внутри его резервуара концентрической перегородкой имеет тот недостаток, что он не обеспечивает возможность осуществления пофазного анаэробного сбраживания органических отходов, а подающий сырой осадок трубопровод, установленный внутри центральной общей камеры сбраживания, исключает возможность осуществить пофазное сбраживание без конструктивных изменений метантенка.

Вместе с тем по технической сущности и достигаемому результату известные по а.с. N 552308 способ анаэробного сбраживания осадка сточных вод и метантенк для его осуществления являются наиболее близкими к изобретению.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа и устройства для его осуществления, которые обеспечили бы наиболее эффективное анаэробное сбраживание различных разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, включая навоз, помет, фекалии, солому, торф, опилки и стружку древесины, ботву и стебли растений с возможностью приготовления из них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков, органических удобрений и горючего биогаза на энергетические нужды.

Согласно изобретению поставленная задача в выполнении способа достигается тем, что способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, включающий подачу в метантенк отходов, их сбраживание с перемешиванием, вывод сброженного осадка, отбор биогаза из внешней и внутренней камер метантенка, выполняют так, что сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах, при этом перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в метантенк органических отходов.

Достигается поставленная задача и новым конструктивным выполнением устройства для осуществления приведенного выше нового способа анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, содержащего резервуар с цилиндрическим корпусом и коническим днищем и куполом, закрепленную на куполе и не доходящую до днища резервуара концентрическую перегородку для сбраживания в резервуаре внешней и внутренней камер сбраживания, расположенный в нижней части резервуара разделительный элемент для образования сборника осадка с трубопроводом его отвода, средство перемешивания сбраживаемых отходов, имеющий вводной участок патрубок подвода органических отходов, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, изготовленного так, что разделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса, который своим большим основанием прикреплен к боковым стенкам корпуса, а меньшим основанием обращен к днищу резервуара, при этом диаметр меньшего основания разделительного элемента выполнен меньше размера диаметра концентрической перегородки, а патрубок подвода органических отходов введен во внешнюю камеру. Задача достигается и тем, что разделительный элемент снабжен набором патрубков отвода биогаза, которые сообщены с внутренней камерой резервуара, а средство перемешивания сбраживаемых отходов выполнено в виде патрубка подвода органических отходов, вводной участок которого, расположенный во внешней камере резервуара, имеет разнонаправленные отводы, По форме изготовления устройство в плане выполняют в виде различных геометрических фигур, например, прямоугольника, многоугольника, овала, эллипса или другой формы, что позволяет его изготавливать как из листового металла, монолитного или сборного железобетона, так и из штучных камней: кирпича, бутового камня, малых блоков и других местных материалов.

На чертежах схематично приведено устройство коаксиального метантенка, где показаны:

СПОСОБ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ РАЗЖИЖЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
 
 

Фиг. 1 общий вид коаксиального метатенка в разрезе; фиг. 2 фиг. 9 виды поперечных сечений А-А фиг. 1 применительно к возможным формам устройства коаксиального метантенка в плане.

Коаксиальный метантенк (фиг. 1 и 2) представляет собой герметичный цилиндрический резервуар 1 с коническим днищем 2 и купольным покрытием 3, сверху которого установлен газосборник 4 с газосборным патрубком 5, а снизу к купольному покрытию 3 коаксиально прикреплена не доходящая до днища 2 концентрическая перегородка 6, образующая в верхней части резервуара 1 внешнюю межстенную 7 и внутреннюю центральную 8 камеры. Внешняя межстенная камера 7 имеет газоотводный патрубок 9 и трубопровод подачи сырого осадка или разжиженных органических отходов 10, патрубок которого имеет разнонаправленные отводы, что обеспечивает перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере 7 напором вводимого потока. Под внешней межстенной камерой 7 и под внутренной коаксиально расположенной концентрической перегородкой 6 выполнен прикрепленный большим своим основанием к стенке резервуара 1 наклоненный вниз разделительный элемент в виде усеченного конуса 11, диаметр меньшего основания которого "Б" меньше размера диаметра "А" коаксиально расположенной концентрической перегородки 6. В верхней своей части разделительный элемент 11 снабжен трубами 12 для отвода биогаза из под него и нижней камеры в центральную внутреннюю камеру 8. Для вывода из метатенка сброженного осадка и для опорожнения метатенка выполнен трубопровод 13. Другие трубопроводы (для подогрева метантенка, контроля перелива и др.) на чертежах не показаны, т.к. выполнение возможно во многих вариантах.

Анаэробное сбраживание разжиженных органических отходов сельского или коммунального хозяйства в предложенном коаксиальном метантенке выполняют следующим образом.

Свежие разжиженные органические отходы сельского или коммунального хозяйства влажностью 93±4% по трубопроводу 10 вводят под напором в межстенную камеру 7, где струями разнонаправленных потоков из отводов патрубка 10 вводимые отходы смешивают с содержимым камеры 7. При этом легко всплываемые трудносбраживаемые целлюлозу, легнин, жир и белки, содержащие легкие включения, всплывают вверх, будучи до этого перемешаны потоками струй с содержимым камеры 7 и обсеменены тем самым активным симбиозом расщепляющих (гидролизующих) микроорганизмов, обеспечивающих в первой фазе анаэробного сбраживания разрушение сложных соединений в более простые с образованием из них во второй фазе сбраживания более плотных кислот и аминокислот, имеющих рН менее 7,2 и опускающихся вниз по камере 7 и наклонному разделительному элементу 11 в нижнюю камеру, где при рН более 7,2 осуществляют последующие ацетогенную и метаногенную фазы анаэробного сбраживания.

Образующийся в межстенной камере 7 малокалорийный биогаз выводят из нее по патрубку 9, а более калорийный биогаз, образующийся в основном в нижней камере и под разделительным элементом 11, выводят как через отверстие размером "Б" в разделительном элементе 11, так и через трубы 12 в центральную камеру 8.

Постоянное поступление биогаза из нижней камеры в центральную 8 обеспечивает при этом интенсивное перемешивание биогазом как содержимое нижней и центральной камер, так и постоянное активное смешивание содержимого этих двух камер с вливающимся в них из межстенной камеры 7 более плотного потока кислот и аминокислот, раскисляемого восходящими газонасыщенными потоками сбраживаемой массы из нижней камеры. Обильное поступление биогаза из нижней камеры в центральную 8 обеспечивает у основания газосборника 4 постоянно "кипящую" поверхность сбраживаемой в метантенке массы, препятствуя тем самым образованию плотной корки, тогда как при подъеме биогаза от днища 2 к основанию горловины 4 осуществляется досбраживание легких частиц массы и поглощение из биогаза сероводорода на формирование симбиоза микроорганизмов, осуществляющих процесс анаэробного сбраживания.

Такое, приведенное выше в указанной последовательности пофазное выполнение анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов в обособленных сообщающихся камерах одного метантенка, обеспечивает более быстрый распад трудносбраживаемой органики, повышает выход биогаза, увеличивает производительность метантенка.

Предложенный способ анаэробного сбраживания разжиженных сельскохозяйственных или коммунальных органических отходов и стоков может быть осуществлен в широком диапазоне температурных режимов от 12o до 60oC, выбор оптимального из которых обуславливается конкретными условиями, видом органики, назначением циклического или непрерывного процесса сбраживания.

Экспериментальная проверка предложенного способа анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и метантенка для его осуществления, проведенная применительно к сбраживанию помета кур, навоза крупного рогатого скота и свиней, показала высокую эффективность и позволила обеспечить получение до 0,8 литра биогаза с 1 кг разложившегося абсолютно сухого органического вещества.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, включающий подачу в метантенк отходов, их сбраживание, перемешивание, вывод сброженного осадка, отбор биогаза из внешней и внутренней камер метантенка, отличающийся тем, что сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах, при этом перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в метантенк органических отходов.

2. Устройство для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, содержащее резервуар с цилиндрическим корпусом и коническими днищем и куполом, закрепленную на куполе и не доходящую до дна резервуара концентрическую перегородку, разделяющую резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, расположенный в нижней части резервуара разделительный элемент, образующий сборник осадка с трубопроводом его отвода, средство перемешивания сбраживаемых отходов, патрубок подвода органических отходов с его выходным участком и патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, отличающееся тем, что разделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса, который своим большим основанием прикреплен к боковым стенкам корпуса, а меньшим основанием обращен к днищу резервуара, при этом диаметр меньшего основания разделительного элемента выполнен меньше величины диаметра концентрической перегородки, а выходной участок патрубка подвода органических отходов расположен во внешней камере резервуара.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что разделительный элемент снабжен набором патрубков отвода из-под него биогаза, сообщающихся с внутренней камерой резервуара, а средство перемешивания сбраживаемых отходов выполнено в виде расположенного во внешней камере резервуара патрубка подвода органических отходов, выходной участок которого имеет разнонаправленные отводы.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус резервуара в его поперечном сечений выполнен в виде многоугольника.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус резервуара в его поперечном сечении имеет форму овала.

Версия для печати
Дата публикации 02.03.2007гг


вверх