Устройство для сбраживания осадков сточных вод и жидких высококонцентрированных стоков с получением биогаза

 

Изобретение относится к обработке осадков сточных вод органического происхождения . Цель изобретения -- повышение 11 эффективности сбраживания стоков и улучшение качественных характеристик биогаза. Устройство состоит из закрытого корпуса 1, разделенного на две камеры 2 и 3 перегородкой 4, установленной коаксиально корпусу 1 Нижняя часть перегородки выполнена цилиндрической, а верхняя часть - в виде перевернутого усеченного конуса, образующая которого составляет с решеткой для разрушения корки 9 угол а, равный 5 - 45°. Большее основание перевернутого усеченного конуса перегородки 4 имеет газонепроницаемое соединение с корпусом устройства. Перегородка 4 соединена с воронкой с помощью пластин, между которыми расположены окна 8. Большее ос11 10 ГЗ 1416 (Л С Т. Пг икзжж$ ;о ы ю

(! 9) (! !) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s!)s С 02 F 3/30, 11/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! Ъ (21) 4775351/26 (22) 22.11,89 (46) 15.06.92, Бюл.N 22 (71) Кишиневский политехнический институт им,С.Лазо (72) Д.В.Унгуряну л С,С.Калос (53) 628.385(088.8) (56) Заявка Франции

N 2541669, кл, С 02 F 3/30, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРАЖИВАНИЯ

ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД И ЖИДКИХ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОКОВ С

ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА (57) Изобретение относится к обработке осадков сточных вод органического происхождения, Цель изобретения — повышение эффективности сбраживания стоков и улучшение качественных характеристик биогаза, Устройство состоит из закрытого корпуса 1, разделенного на две камеры 2 и 3 перегородкой 4, установленной коаксиально корпусу 1. Н ижняя часть перегородки выполнена цилиндрической, а верхняя часть —. в виде перевернутого усеченного конуса, образующая которого составляет с решеткой для разрушения корки 9 угол а, равный 5 — 450, Большее основание перевернутого усеченного конуса перегородки 4 имеет газонепроницаемое соединение с корпусом устройства. Перегородка 4 соединена с воронкой с помощью пластин, между которыми расположены окна 8. Большее ос1740328 нование воронки 5 находится в одной плоскости или выше нижнего основания замкнутой перегородки 4 и имеет,циаметр в 1,03—

1,06 раза больше диаметра нижнего основания перегородки 4. Меньшее основание воронки 5 соединено со стояком б, отношение площади сечения которого к суммарной площади всех окон 8 равно 3 — 4, Отношение

Изобретение относится к технике для обработки осадков и сточных вод в анаэробных условиях, а именно осадков сточных вод и высококонцентрированных сточных вод органического происхождения и, в частно- 5 сти, осадков и сточных вод, образующихся на животноводческих комплексах, Известно устройство, содержащее закрытый реактор из двух камер, соединенных между собой трубками, через которые 10 обрабатываемая среда (сточная вода или осадок) попадает из нижней камеры в верхнюю. Нижняя камера отделена от верхней газонепрониLlàåìîé перегородкой, через которую проходят трубки, В верхней камере 15 смонтировано приспособление (гидрозатвор), позволяющее осуществить переток среДы из верхней камеры в нижнюю с одновременным взмучиванием и перемешиванием обрабатываемой среды нижней 20 камеры. Устройство снабжено трубопроводами подачи и удаления обрабатываемой среды, а также удаления биогаза как из верхней, так из нижней камер.

Недостатком устройства является то, 25 что брожению (ферментации) подвергается только жидкая фаза сточных вод, а твердая часть требует дополнительной обработки перед дальнейшей утилизацией, В устройстве нет разделения на фазы ферментации 30 (кислотную и метановую), что приводит к замедлению скорости процесса брожения.

Полученный газ содержит большое количество COz, что ухудшает его качественные характеристики, 35

Целью изобретения является повышение эффективности сбраживания осадков или высококонцентрированных стоков и улучшения качественных характеристик биогаза. 40

Указанная цель достигается тем, что в устройстве перегородка коаксиально расположена в корпусе,и выполнена замкнутой из двух частей: нижней цилиндрической и верхней в виде усеченного перевернутого 45 конуса, образующие которого составляют угол 5 — 45 с горизонталью, диаметра стояка к диаметру перегородки 4 равно 0,13 — 0,18, Стояк б заканчивается распределителем 7 для взмучивания выпавшего осадка. Изобретение обеспечивает повышение степени разложения органического вещества до-80 — 86 у, и получение биогаза с улучшенными характеристиками, 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Устройство снабжено воронкой, расположенной под перегородкой, и пластинами, прикрепляющими воронку к нижней части перегородки с образованием окон, а также стояком для взмучивания осадка соединенным с меньшим основанием воронки, при этом диаметр большого основания воронки в 1,03 -- 1,06 раза больше диаметра цилиндрическ.-.,й части перегородки, диаметр cTQяка со;тавляет 0,13 — 0,18 диаметра цилиндрической части перегородки, а отношение площади сечения стояка к площади окон 3 — 4.

В устройстве, как в первой камере, образоьавшейся между корпусом устройства и введенной перегородкой, так и второи, образовавшейся за счет замкнутой перегородки, монтируется решетка в виде сетки с размерами ячеек, равными 2 — 3 толщинам образовавшейся корки, в центрах пересечения прутьев сетки установлены штыри длиной 1,15 — 1,20 — îëùèíû образовавшейся корки, причем штыри первой камеры напоавлены вниз, а второй — вверх, Отвод образующих газов из первой и второй камер осуществляется отдельно из каждой камеры. Подача исходной обрабатываемой среды осуществляется во вторую камеру, а отвод обработанной среды (осадок или сточная вода) — из первой камеры, Разделение перегородкой устройства на две камеры позволяет разделить процесс брожения (ферментации) на две фазы: кислотную и метановую. Благодаря такому разделению процесса брожения (ферментации) на две фазы достигается максимальная эффективность образования летучих жирных кислот (ЛЖК) в кислотогенной зоне (второй камере) и максимальное преобразование в метан метаногенной зоне (первой камере).

Одновременно улучшаются качественные характеристики биогаза, так как во второй камере выделяется в основном СО2, а в первой СН4.

Расширение второй камеры в верхней.части в виде усеченного перевернутого конуса или усеченной переверну1ой пирами1740328

50

55 ды выполнено с целью увеличения объема камеры, что позволяет воспринимать объем сточных вод, перемещенный из первой камеры во вторую под действием образовавшегося в процессе ферментации при метановой фазе газа в первой камере, и объем газа, образовавшегося в первой кислотной фазе.

Воронкообразное устройство, установленное под второй камерой (под перегородкой), не позволяет газам, выделяющимся в процессе брожения (ферментации) в нижней части первой камеры, попадать во вторую камеру. Основание воронкообразного устройства должно находиться не ниже основания второй камеры и иметь диаметр, больший диаметра второй камеры в 1,03—

1,06 раза, так как при меньших размерах газы попадают во вторую камеру, Площадь окон между кромкой второй камеры и образующей конуса воронкообразного устройства должна обеспечить при больших скоростях переход большей части обрабатываемой среды из второй камеры в первую через стояк и распределительное устройство, что обеспечивает перемешивание обрабатываемой среды в нижней части устройства, а при малых скоростях переход сточных вод (при загрузке между циклами) из второй камеры в первую через окна, т,е. при больших скоростях потери напора через окна больше, чем через стояк и распределительное устройство. . Стояк с распределительным устройством, вмонтированным в вершине воронкообразного устройства, обеспечивает перемешивание обрабатываемой среды во время перехода сточной воды из второй камеры в первую при пульсационном движении, уменьшение диаметра стояка по отношению к диаметру камеры до 0,13—

0,18 позволяют увеличить скорость на выходе из распределительного устройства до величины, достаточной для перемешивания, Решетка со штырями монтируется с целью разрушения твердой корки, образовавшейся на поверхности обрабатываемой среды за счет флотации взвешенных частиц выделяющимся газом. Разрушение происходит при пульсаиионном движении обрабатываемой среды после выпуска биогаза из первой камеры, Размеры ячеек решетки принимаются в пределах 2 — 3 толщин корки, так как при этом необходимо наименьшее усилие для разрушения корки. Длина штырей принимается 1,15 — 1,20 толщины корки, что позволяет при первой пульсации пробить корку на всю толщину, и способствует полному разрушению корки при ударе об решетки.

На чертеже показано устройство, разрез, Устройство состоит из закрытого корпуса 1, разделенного на две камеры 2 и 3 перегородкой 4, установленной коаксиально корпусу 1, нижняя часть которой состоит из цилиндра, а верхняя выполнена в виде перевернутого усеченного конуса, образующая которого составляет с решеткой для разрушения корки Угол й, равный 5 — 45 .

Большое основание перевернутого усеченного конуса перегородки 4.имеет газонепроницаемое соединение с корпусом устройства, Перегородка 4 соединена с воронкой 5, стояком 6 и распределителем 7, Воронка 5 по периметру пластинами разделена на окна 8. Большее основание воронки

5 находится в одной плоскости или выше нижнего основания замкнутой перегородки

4 и имеет диаметр de.y в 1,03 — 1,06 раза больший диаметра нижнего основания перегородки 4, меньшее основание воронки 5 соединено со стояком 6 в виде цилиндра с диаметром de, площадь сечения которого, отнесенная к суммарной площади всех окон

8, равна 3 — 4, а отношение диаметра dc стояка 6, к диаметру d<.к,ф камеры 2 равно

0,13 — 0,18, Стояк 6 заканчивается распределителем 7 для взмучивания отстоенного осадка.

В устройстве, как в первой камере 2, так и во второй 3, устанавливается решетка 9 в виде сетки с размерами ячеек, равными 2—

3 толщинам образовавшейся корки. В центрах пересечения прутьев решетки монтируются штыри 10 перпендикулярно сетке длиной 1,15 — 1,2 толщины образовавшейся корки, причем в первой камере 2 штыри направлены в верх, а во второй камере 3— вниз.

Исходная жидкость или осадок загружается по трубопроводу 11 в первую камеру 2, обработанная жидкость или осадок отводится из камеры 3 по трубопроводу 12.

Образовавшийся в камерах 2 и 3 биогаз отводится по трубопроводам 13 и 14 через определенный период времени с помощью датчика 16. Опорожнение устройства осуществляется через трубопровод 15, Устройство работает следующим образом.

Очищаемая сточная вода по трубопроводу 11 подается в камеру 2, одновременно по трубопроводу 12 удаляется объем жидкости, равный объему подаваемой исходной неочищенной жидкости, Устройство работает в периодическом режиме. Продолжительность цикла между периодами загрузки равна времени протекания кислотной фазы брожения плюс время успокоения и выпаде1740328

20 ния в осадок разбитой корки из обьема выгружаемой очищенной жидкости. После наполнения камеры 2 до уровня! — (в камере

3 устанавливается такой же уровень по принципу сообщающихся сосудов) в ней начинается первая фаза брожения (кислотная) с выделением газов в верхней части (в основном COz), которая продолжается в течение времени 11. За это же время l1 в камере

3 происходит вторая фаза брожения (метановая) с выделением газов(в основном сн4).

Количество газа, выделяемого в камере 3 (СН4); в 2 — 2,5 раза больше, чем количество газов СОг, выделяющихся в камере 2, что приводит к понижению уровня воды в камере 3 на высоту h, и поднятию уровня воды в камере 2 на высоту h2 Через время т1, равное длительности между периодами загрузки (6 — 8 ч), открывается устройство 16 для удаления газа по трубопроводу 14 из верхней части камеры 3.

При удалении газа из верхней части камеры 3 под действием давления газа в верхней части камеры 2 и разности уровней воды в камерах 2 и 3, равное h> + hz, происходит пульсационное движение жидкости из камеры 2 и 3 и обратно, При движении уровня жидкости (вверх и вниз по камере 2) образовавшаяся на поверхности воды корка разбивается об решетки 9 со штырями 10 и заливается очищаемой жидкостью в процессе пульсационного движения из одной камеры в другую, Одновременно при движении жидкости из камеры 2 в 3, так как скорость в начале пульсации большая, часть жидкости, примерно 2/3 объема, поступает через воронку 5, стояк 6 и распределитель 7 в нижнюю часть камеры 3, что обеспечивает взмучивание и перемешивание осевшего осадка. Это улучшает процесс прохождения второй (метановой) фазы — максимальное преобразование ЛЖК в метан, Таким образом, осадок (твердая часть), выпадающий в нижнюю часть камеры 3, находится в устройстве практически до полного разложения, Газ из верхней части камеры 2 (COz) выпускается после первой фазы пульсации (после достижения наивысшего уровня воды в камере 3).

После полного успокоения пульсационного движения жидкости в устройстве и осаждения разрушенной корки (примерно

0,4 — 0,5 ч.) производится загрузка новой

55 порции обрабатываемой жидкости через окна 17 при одновременной выгрузке части обработанной жидкости и процесс повторяется.

Для проверки результатов обработки предлагаемого устройства -была смонтирована лабораторная установка, на которой проводились испытания на навозной жиже свиноводческого комплекса, Полученные результаты в сравнении с известными приведены в таблице.

Таким образом, применение предлагаемого устройства на очистных станциях очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, позволяет улучшить их работу, повысить эффект разложения органического вещества и получить больше биогаза с улучшенными показателями, что уменьшает себестоимость обработки 1 м стоков.

Формула изобретения

1. Устройство для сбраживания осадков сточных вод и жидких высококонцентрированных стоков с получением биогаза, содержащее закрытый корпус, разделенный на две камеры перегородкой, герметично соединенной с перекрытием, подающий и отводящий трубопроводы, трубопроводы отвода биогаза и опорожнения устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности сбраживания осадка или высококонцентрированных стоков и улучшения качественных характеристик биогаза, перегородка коаксиально расположена в корпусе и выполнена замкнутой и из двух частей: нижней — цилиндрической, и верхней — в виде усеченного перевернутого конуса, образующая которого составляет угол

5 — 45 с горизонталью.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено воронкой, расположенной под перегородкой, и пластинами, прикрепляющими воронку к нижней части перегородки с образованием окон, а также соединенным с меньшим основанием воронки стояком для взмучивания осадка, при этом диаметр большего основания воронки в 1,03 — 1,06 раза больше диаметра цилиндрической части перегородки, диаметр стояка составляет 0,13 — 0,18 диаметра цилиндрической части перегородки, а отношение площади сечения стояка к площади окон — 3 — 4, 10

1740328

Показатель

Предлагаемое ÑT ÎÌCTBÎ

Базовый объект метантен к

Продолжительность анаэробной обработки, сут

Температура процесса анаэробной обработки, С

Нагрузка по БПК„л, кг/м сут

Степень разложения органического вещества, %

Выход биогаза, м газа/м устройства в сутки л/кг обработки среды

Содержание взвешенных веществ в об аботанном стоке, о

25-26

10 — 12

30-37

2,3 — 3

30-37

2,3 — 3

45-60

80-86

0,95 — 0,97

700

1,4-1,5

0,52 — 0,6

20

Составитель С.Калос

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор М,Шароши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2046 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5