Способ выработки биогаза и устройство для его осуществления

 

Касается выработки биогаза из продуктов жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовых сточных вод населения. Способ включает подготовку субстрата, сбраживание его бактериями, с образованием биогаза и бражки, с последующим разделением ее на осадок и иловую воду, причем брожение исходного продукта проводят в последовательно расположенных секциях кислого брожения, регрессия кислого брожения и щелочного брожения, с последующей подачей образованной в каждой секции иловой воды в секции метанового брожения, продукты субстрата на входах и выходах в секции измельчают вибрированием в смеси с зернистой насадкой до размера частиц субстрата, соответствующих размеру бактерий, а перед подачей иловой воды в секции метанового брожения проводят ее осветление отстаиванием. Устройство содержит корпус с патрубками подвода и отвода сред, выполненный с последовательно размещенными секциями кислого брожения, регрессии кислого брожения и щелочного брожения, сообщенными между собой по ходу перемещения субстрата, емкостями биогаза, расположенными над секциями брожения, снабжено на входе и выходе из секций перфорированными коробами с зернистой загрузкой, подвешенными на упругих опорах, выполнено с источником вибрирования, дополнительно содержит секции метанового брожения, сообщенные с секциями кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, и с емкостями биогаза над этими секциями. 2 с и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к выработке биогаза из продуктов жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовых сточных вод населения и может быть использовано на очистных сооружениях агропромышленного комплекса и населенных пунктов.

Известен способ выработки биогаза, включающий подготовку из этих продуктов субстрата, выращивании на нем при перемешивании бактерий, которые используют в качестве источника питания жиры, белки, углеводы субстрата, последующего отвода бражки, которую разделяют на осадок и иловую воду [2] Известно устройство для осуществления способа, содержащее корпус с патрубками подвода и отвода сред, выполненный из последовательно размещенных секций кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, сообщенных между собой по ходу перемещения субстрата, сообщенных по биогазу и осветленной иловой воде с секциями метанового брожения [1] Недостатком известного способа и устройства является низкая производительность.

Цель изобретения повышение производительности достигается тем, что взвеси органики субстрата на входе в корпус и последовательно на входах и выходах в секциях кислого, регрессии кислого и щелочного брожения измельчают вибрированием в смеси с зернистой насадкой до размера частиц, соответствующих размеру бактерий, а иловую воду перед вводом в секции метанового брожения осветляют отстаиванием.

Кроме того, устройство для осуществления способа на входе в корпус, на входе и выходе их секции, снабжено перфорированными коробами с зернистой загрузкой, подвешенными на упругих опорах и выполнено с источником вибрирования, например, вибратором.

Измельчение органики субстрата до размера частиц, соответствующих размеру бактерий позволяет повышать степень распада органики с 5 50% до 90 95% сокращать время распада с 10 60 суток до 0,5 1,2 суток, выполнять ферментолиз по аналогии с электролизом воды на водород кислород, бактерии своей ферментной системой разлагают воду на кислород и водород, что позволяет получать с 1 кг органики 1,3 1,5 кг биогаза, причем содержание метана в биогазе повышается с 65 70% до 95 98% что по калорийности эквивалентно бензину и позволяет использовать его в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания.

На чертеже схематически показана установка выработки биогаза и устройство для его осуществления.

Устройство для осуществления способа содержит корпус 1 с патрубками 2 подвода, 3 и 4 отвода сред, выполненный из последовательно размещенных секций 5 кислого, 6 регрессии кислого, и 7 щелочного брожения, сообщенных между собой по ходу перемещения субстрата, сообщенных по биогазу и осветленной иловой воде с секциями 8, 9 и 10 метанового брожения. Устройство для осуществления способа на входе в корпус 1, на входе и выходе из секций 5, 6 и 7 снабжены перфорированными коробами 11 с зернистой загрузкой 12, подвешенными на упругих опорах 13 и выполненных с источником вибрирования, например, вибраторами 14. Устройство выполнено с отстойными ячейками 15, образованными фильтрами 16. Секции 5, 6 и 7 выполнены с перекрытием 17, а корпус 1 с перекрытием 18, образующим сборник 19 биогаза. Секции 8, 9 и 10 выполнены с перегородками 20, образующими полости 21, с размещенной в них насадкой 22 в виде гибких нитей для иммобилизации микроорганизмов и барботерами 28. Полости 21 сообщены друг с другом переливными трубами 24 и патрубками 25. Устройство включает микрофильтры 26 и дезинтеграторы 27. Устройство входит в состав установки, включающей биокультиваторы 28, микрофильтры 29, дезинтеграторы 30, теплообменник 31 и емкость 32 для белково-витаминной добавки (БВД).

Способ в устройстве осуществляют следующим образом.

Продукты жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовые стоки отделяют от минеральных взвесей и по патрубку 2 направляют субстрат в секцию 5 кислого брожения и перфорированном коробе 11 при вибрировании от вибратора 11 взвеси диспергируют и сбраживают масляно- и молочнокислыми бактериями с образованием кислот (уксусной, муравьиной и т.д.), спиртов (метилового, этилового и т. д. ), органику через фильтры 16, образованными гибкими нитями, направляют в секцию 6 регрессии кислого брожения через ячейку 15 седиментации, в которой происходит расслаивание субстрата на шлам, оседающий в перфорированный короб 11 с зернистой насадкой 12 в нижней части, и легкие взвеси в верхней, причем при входе в секцию 6 происходит измельчение всплывающих в ячейке 15 фракций. В секции 6 регрессии кислого брожения происходит распад кислот, спиртов, глицирина и других продуктов с образованием диоксида углерода, водорода, сероводорода и т.д. В секции 7 щелочного брожения из аммиака образуют гидрат окиси аммония, а из аммиака и диоксида углерода - двууглекислый аммоний, которые обеспечивают слабощелочную среду в секции 7. Из ячеек 15 секций 5, 6 и 7 отбирают иловую воду по патрубкам 4, а по патрубкам 3 газ в секции 8, 9 и 10 метанового брожения. В полостях 21, образованных перегородками 20, при продувке газом из лучевых барботеров 23 в присутствии иммобилизационной насадки 22 в виде гибких нитей осуществляют синтез метана из диоксида углерода и водорода. В полостях 21 секций 8, 9 и 10 метанового брожения выполняют ферментолиз ферментное разложение воды на водород и кислород, в результате чего количество биогаза по массе превышает массу органики. Кислород используют для окисления сероводорода до органической серы микроэлемента питания метанобактерий. Субстрат по переливным трубам 24 последовательно переходит сверху вниз, по этим же трубам 24 переходит биогаз снизу вверх и из каждой предыдущей секции в последующую. Биогаз из секции 10 поступает в сборник 19 между перекрытиями 17 и 18 в качестве товарного продукта. На перегородках 20 образуется шлам, который последовательно перепускают по патрубкам 25 по полостям 21 сверху вниз. Субстрат из секций 8, 9 и 10 отбирают в микрофильтры 26, где разделяют на биомассу и бражку. Биомассу дезинтегрируют в дезинтеграторе 27 и дезинтеграт, содержащий нуклеиновые кислоты, ферменты, микроэлементы и витамины, возвращают на вход секции 8, 9 и 10 для обеспечения процесса ферментолиза. Избыточная биомасса поступает в теплообменник 31, где ее нагревают до температуры 90 95^oC и направляют в емкость 32 для использования в качестве белково-витаминной добавки (БВД). Осветленная бражка из микрофильтра 26 поступает в биокультиватор 28, аналогичный по конструкции секциям 8, 9 и 10, в котором на биогенных элементах питания выращивают биомассу. Биомассу отделяют микрофильтрованием в микрофильтрах 29, дезинтегрируют, часть дезинтеграта возвращают на вход в биокультиватор 28, а избыточный дезинтеграт через теплообменник 31 направляют в емкость 32 БВД.

Способ и устройство позволяют утилизировать продукты жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовые стоки с выработкой биогаза и БВД, что превращает очистные сооружения в рентабельные подразделения сельского хозяйства.

Формула изобретения

1. Способ выработки биогаза, включающий подготовку субстрата, сбраживание его бактериями с образованием биогаза и бражки с последующим разделением ее на осадок и иловую воду, отличающийся тем, что брожение исходного продукта проводят в последовательно расположенных секциях кислого брожения, регрессии кислого брожения и щелочного брожения с последующей подачей образованной в каждой секции иловой воды в секции метанового брожения, причем продукты субстрата на входах и выходах в секции измельчают вибрированием в смеси с зернистой насадкой до размера частиц субстрата, соответствующих размеру бактерий, а перед подачей иловой воды в секции метанового брожения проводят ее осветление отстаиванием.

2. Устройство для выработки биогаза, содержащее корпус с патрубками подвода и отвода сред, выполненный с последовательно размещенными секциями брожения, сообщенными между собой по ходу перемещения субстрата, емкостями биогаза, расположенными над секциями брожения, отличающееся тем, что устройство на входе и выходе из секций снабжено перфорированными коробками с зернистой загрузкой, подвешенными на упругих опорах, выполнено с источником вибрирования, причем секции брожения выполнены в виде секции кислого брожения, секции регрессии кислого брожения и секции щелочного брожения, дополнительно содержит секции метанового брожения, сообщенные с секциями кислого, регрессии кислого и щелочного брожения и с емкостями биогаза над этими секциями.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве источника вибрирования содержит вибратор.

РИСУНКИ

Рисунок 1