Установка для разложения отходов животноводства и получения метана

 

Использование: получение метана путем разложения отходов животноводства в сельском хозяйстве. Сущность изобретения: установка содержит отстойник, биореактор и систему циркуляции среды, включающую трубопроводы для сбраживаемой массы и газа. Биореактор разделен по высоте поперечной перегородкой на две части, верхнюю и нижнюю. Верхняя часть включает сообщающиеся камеры кислого и щелочного брожения и перфорированное днище, а нижняя служит для метанового брожения и содержит расположенные одна над другой сообщающиеся секции со сплошными и сетчатыми днищами. Сборник иловой воды сообщен патрубками с нижней частью биореактора для метанового сбраживания, а полости под сетчатыми днищами секций соединены трубопроводом с газовыми полостями камер кислого и щелочного брожения для отвода из них газа. 2 ил.

Изобретение относится к технике получения метана при разложении отходов животноводства и может быть использовано на очистных сооружениях сельского хозяйства.

Известна установка для разложения отходов животноводства и получения метана, содержащая отстойник, биореактор и систему циркуляции среды [1, 2], в которой невысокая полнота сбраживания и низкий выход метана.

Цель изобретения - повышение выхода метана за счет более полного сбраживания.

Цель выполняется за счет того, что биореактор разделен по высоте поперечной перегородкой на две части, верхнюю, включающую сообщающиеся камеры кислого и щелочного брожения и перфорированное днище, расположенное над перегородкой с образованием между ними полости для сбора иловой воды, и нижнюю для метанового брожения, содержащую расположенные одна над другой сообщающиеся переточными трубами секции со сплошными и сетчатыми днищами, при этом сборник иловой воды сообщен патрубками с верхней частью биореактора для метанового брожения, а полости под сетчатыми днищами секций соединены трубопроводом с газовыми полостями камер кислого и щелочного брожения для отвода из них газа.

Отходы животноводства включают жиры, белки, углеводы, которые биокаталитически разлагаются ферментными системами микроорганизмов и превращаются в жиры, белки и углеводы содержимого их клеток. В процессе жизнедеятельности проявляется антагонизм микроорганизмов в борьбе за источники питания. Масляно- и молочно-кислые бактерии выделяют жирные летучие кислоты (муравьиную, уксусную, пропионовую и т.д.), которые угнетают жизнедеятельность метанообразующих бактерий. В процессе разложения комплекса, содержащего сероводород, диоксид углерода и аммиак, при гидролитическом разложении последнего образуются гидрат окиси аммония и двууглекислый аммоний, обеспечивающие слабощелочную среду, которая угнетает жизнедеятельность масляно- и молочнокислых бактерий. Все изложенное приводит к выводу о необходимости разобщения процессов разложения отходов на секции кислого, щелочного и метанового брожения, что исключает торможение метаболитами одних микроорганизмов жизнедеятельность других.

На фиг. 1 показан схематически общий вид установки; на фиг.2 - узел I на фиг.1 (увеличено).

Установка содержит отстойник 1, биореактор и систему циркуляции среды, включающую трубопроводы 2 и 3 для сбраживаемой массы и газа соответственно. Биореактор разделен по высоте перегородкой 4 на две части, верхнюю, включающую сообщающиеся камеры 5, 6, 7 кислого и 8, 9, 10 щелочного брожения и перфорированное днище 11, расположенное над перегородкой 4 с образованием между ними полости 12 для сбора иловой воды, и нижнюю для метанового брожения, содержащую расположенные одна над другой сообщающиеся переточными трубами 13 секции 14 со сплошными 15 и сетчатыми 16 днищами, при этом сборник 12 иловой воды сообщен патрубками 17 и 18 с верхней частью биореактора для метанового брожения, а полости 19 под сетчатыми днищами 16 секций 14 соединены трубопроводом 3 с газовыми полостями камер 5, 6, 7 кислого и 8, 9, 10 щелочного брожения для отвода из них газа по патрубкам 20 и 21 в патрубок 22 нижней части биореактора, который выполнен с запорно-регулирующей арматурой 23, 24, 25, 26 и 27, а на сетчатых днищах 16 размещена зернистая насадка 28 для иммобилизации микроорганизмов. Установка включает центрифугу 29 с тангенцальным патрубком 30 отвода биомассы и 31 отвода осветленной воды и сборник 33 избыточной биомассы.

Установка для разложения отходов животноводства и получения метана работает следующим образом.

Отходы животноводства поступают в отстойник 1, где происходит седиментация, легкие фракции отводят через патрубок 34 в камеру 5 через запорно-регулирующую арматуру 25, а из нее в камеру 8 через арматуру 26. Тяжелые фракции через арматуру 23 поступают в камеру 6 и через запорную арматуру 24 в камеру 7 кислого брожения и далее через арматуру 35 в камеры 9 и 10 щелочного брожения. В камерах 5, 6 и 7 образуется до 45-60% диоксида углерода, 46-62% сероводорода и 7,5-10% объемных водорода, а в камерах 8, 9 и 10 щелочного брожения образуется 26-31% диоксида углерода и 72-77% объемных метана. Образовавшийся газ через патрубки 20 и 21 отводится по трубопроводу 3 и нагнетается через патрубок 22 полости 19 через сетчатое днище 16 в секцию 14. Иловая вода из камер 8, 9 и 10 щелочного брожения проходит через перфорированное днище 11 в сборник 12, из него по патрубкам 17 и 18 в секцию 14 камеры метанового брожения 36. При барботировании иловой воды газом, истекающим через сетчатые днища 16 в присутствии зернистой иммобилизационной насадки 28 для иммобилизации микроорганизмов, происходит восстановление диоксида углерода до метана с использованием в качестве катализатора водорода, образовавшегося в камерах 5, 6 и 7 кислого брожения. В связи с тем, что количество диоксида углерода находится в пределах 71-91%, а водорода порядка 7,5-10% восполнение водорода происходит за счет ферментного разложения воды метаногенами на водород и кислород. Для увеличения количества ферментов зернистая насадка иммобилизации микроорганизмов выполнена из материалов, плотность которых меньше плотности воды (керамзит, вспученный перлит, модифицированный цеолит и т.д.). Плотность микроорганизмов порядка 1050-1080 кг/м³, а плотность насадки 600-800 кг/м³, а поэтому при биообрастании насадка 28 теряет плавучесть и погружается из положения "а" в положение "в" зоны интенсивного барботажа, где при истирании происходит разрушение оболочек микроорганизмов с освобождением ферментов, причем насадка 28 приобретает плавучесть и перемещается из положения "в" в положение "а", это повторяется многократно. Образующийся при ферментном разложении воды кислород окисляет сероводород с образованием органической серы, используемой метаногенами в качестве биогенного элемента питания, с одновременным улучшением качественного состава метана, в котором сероводород является вредной примесью, особенно при использовании в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания. В секции 36 метанового брожения газ перемещается снизу вверх, а жидкость по переточным трубам 13 сверху вниз и отводится в центрифугу 29. В центрифуге 29 в поле сил инерции происходит отделение биомассы, часть из которой поступает из патрубка 30 в отстойник 1 в качестве иммобилизации повышения буферности отходов по микроорганизмам, а избыточная биомасса в сборник 33.

Установка позволяет повышать полноту сбраживания беззольного органического вещества отходов с 5-50% до 90-95%, а выход метана с 60-70 до 95-98%.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА И ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНА, содержащая отстойник, биореактор и систему циркуляции среды, включающую трубопроводы для сбраживаемой массы и газа, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода метана за счет более полного сбраживания, биореактор разделен по высоте поперечной перегородкой на две части: верхнюю, включающую сообщающиеся камеры кислого и щелочного брожения и перфорированное днище, расположенное над перегородкой с образованием между ними полости для сбора иловой воды, и нижнюю для метанового брожения, содержащую расположенные одна над другой сообщающиеся переточными трубами секции со сплошными и сетчатыми днищами, при этом сборник иловой воды сообщен патрубками с нижней частью биореактора для метанового брожения, а полости под сетчатыми днищами секций соединены трубопроводом с газовыми полостями камер кислого и щелочного брожения для отвода из них газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2