Колонна ферментолиза

 

Изобретение относится к микробной очистке фекально-бытовых и производственных стоков молокозаводов с одновременной выработкой при их утилизации на биогенных компонентах белково-витаминной добавки и водорода. Устройство содержит корпус с секциями, переливными трубами, нагнетатель газа, диспергатор, сборник фекально-бытовых и производственных стоков, центробежный микрофильтр, динамический дезинтегратор, сборник водорода и сушилку белково-витаминной добавки. Устройство обеспечивает повышение эффективности микробной очистки фекально-бытовых и производственных стоков. 1 ил.

Изобретение относится к микробной очистке фекально-бытовых производственных стоков /ФБ и ПС/ молокозаводов с выработкой при их утилизации на биогенных компонентах белково-витаминной добавки /БВД/ и водорода /H₂/.

Известна колонна ферментолиза /КФ/, включающая корпус с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, выполненными с выступом над ППП, второй конец которых образует гидравлический затвор с ППП следующей секции, а нижняя секция сообщена с нагнетателем газа /У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В.В. Савенков, Системы ферментации, Рига, "Зинатне", 1986, с 71, рис. 4.19/, которая не обеспечивает комплексной утилиции ФБ и ПС, что снижает ее эффективность.

Цель изобретения - повышение эффективности - работы достигается тем, что корпус выполнен со светопроницаемыми стенками, с размещенными с внешней стороны стенок светильниками, на ППП размещена иммобилизационная насадка в виде полых стеклянных шариков, а верхняя секция через диспергатор, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с чередующимися выступами и впадинами на цилиндрической поверхности, взаимодействует с чередующимися выступами и впадинами корпуса, который патрубком входа сообщен со сборником ФБ и ПС, а нижняя секция КФ сообщена с центробежным микрофильтром /ЦМФ/, а по биомассе - с динамическим дезинтегратором /ДД/, включающим корпус с патрубками входа и выхода, размещенный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями на цилиндрической поверхности кольца магнитофора, которые через кольцевой канал взаимодействуют с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, сообщенную патрубком с приемной камерой установки электролиза, включающей разделенные полупроницаемыми перегородками катодную и анодную секции, причем катодная секция по водороду сообщена с нагнетателем и нижней секцией КФ, а верхняя секция КФ сообщена со сборником водорода.

Обоснование достижения цели изобретения приведено в описании работы установки по утилизации ФБ и ПС молокозавода, с применением КФ, показанной схематически на чертеже.

КФ 1 включает корпус 2 с ППП 3, образующими секции 4, сообщенные друг с другом переливными трубами 5, выполненными с выступом 6 над ППП 3, второй конец 7 которых образует гидравлический затвор с ППП 3 следующей секции 4, нижняя секция 4 сообщена с нагнетателем газа 8. Корпус 2 выполнен со светопроницаемыми стенками с размещенными с внешней стороны стенок корпуса 2 светильниками 9, на ППП 3 размещена иммобилизационная насадка 10 в виде полых стеклянных шариков, а верхняя секция 4 КФ 1 через диспергатор 11, включающий корпус с патрубками входа 12 и выхода 13, установленный по оси корпуса диспергатора 11 ротор 14 с чередующимися выступами 15 и впадинами 16 на цилиндрической поверхности, взаимодействует через кольцевой канал 17 с выступами 18 и впадинами 19 корпуса диспергатора 11, который патрубком входа 12 сообщен со сборником 20 ФБ и ПС, а нижняя секция 4 КФ 1 сообщена с ЦМФ 21, а по биомассе - с ДД 22, включающим корпус с патрубками 23 входа и 24 выхода, размещенный по оси корпуса ДД 22 ротор 25 с глухими отверстиями 26 на цилиндрической поверхности кольца магнитофора 27, которые взаимодействуют через кольцевой канал 28 с отверстиями 29 перфорированного кольца 30, образующего с корпусом ДД 22 полость 31, изолированную от патрубков входа 23 и выхода 24, сообщенную патрубком 32 с приемной камерой 33 установки электролиза 34, включающей разделенные полупроницаемыми перегородками 35, катодную 36 и анодную 37 секции, причем катодная секция 36 по водороду сообщена с нагнетателем 8 и нижней секцией 4 КФ 1, а верхняя секция 4 сообщена со сборником 38 водорода. ЦМФ 21 по избыточной биомассе сообщен с ленточным пресс-фильтром /ЛПФ/ 39 и сушилкой 40 белково-витаминной добавки /БВД/.

Установка утилизации работает следующим образом.

ФБ и ПС молокозавода поступают в сборник 2, откуда по патрубку 12 - в кольцевой канал 17 диспергатора 11, в котором компоненты фекалий, твердые остатки пищеблока обрабатываются между выступами 15 и впадинами 16 ротора 14 и выступами 18 и впадинами 19 корпуса дезинтегратора 11. За счет соударений происходит измельчение частиц до размеров, сопоставимых с размерами микрофлоры КФ 1, куда через патрубок 13 поступает в верхнюю секцию 4 обработанный субстрат. В качестве микрофлоры в КФ 1 применяют сине-зеленые водоросли, которые в условиях фотосинтеза накапливают биомассу и одновременно выделяют водород, с использованием в качестве биологического фермента-катализатора - гидрогеназы, поступающей из ДД 22. /В.А. Легасов, Водород: надежды и проблемы. М.: Знание, 1986, с.44/. Обеспечение сине-зеленых водорослей кислородом обеспечивается растворенной в воде составляющей, а биогенными компонентам питания - дезинтегратом из ДД 22. Для барботажа используют водород из катодной, секции 36 установки электролиза 34, продуваемый нагнетателем 8. Для иммобилизации микрофлоры применяют полые стеклянные шарики, передающие свет в глубину слоя, определяемого выступом 6 переливных труб 5. Стеклянные шарики насадки 10 распространяют условия фотосинтеза с поверхности в глубину слоя субстрата. В слое насадки 10 проявляется автоселекция, т. е. слабые и продуктивные особи сине-зеленых водорослей выносятся и по переливным трубам 5 выводятся из КФ 1. В условиях эксплуатации у микроводорослей вырабатывается способность использовать в качестве биогенных элементов питания продукты жизнедеятельности /метаболиты/ микрофлоры вышележащих секций 4 микроорганизмами нижележащих секций 4 - сукцессия. Иммобилизация насадки 10 на основе стеклянных шариков предупреждает биообрастание и потерю прозрачности шариков в качестве светопередатчиков. Фотосинтетическое воздействие сине-зеленных водорослей и сопутствующей им микрофлоры позволяет в условиях, вызванных иммобилизацией, сопровождающейся автоселекцией и сукцессией освободить воду от растворенных примесей, а остаточные взвеси и биомассу микрофлоры отделяют в ЦМФ 21. Биомасса по патрубку 23 поступает в ДД 22 и проходят обработку в кольцевом канале 28 между, ротором 25 и перфорированным кольцом 30. При опорожнении глухих отверстий 26, между жидкостным поршнем и днищем отверстий 26 возникает разрежение и в воде поршня появляются пузырьки пара, которые конденсируются на перемычках между отверстиями 29 перфорированного кольца 30. Объем конденсата и тысячу раз меньше объема пара, из которого образовался конденсат, и в воде появляются пустоты, которые схлопываются с гидравлическими ударами, причем центрами конденсации являются микроорганизмы, оболочки клеток которых разрушаются с освобождением внутриклеточной жидкости, содержащей нуклеиновые кислоты, витамины, ферменты, в том числе гидрогеназу, микроэлементы. Нуклеиновые кислоты обеспечивают перестройку ассоциатов молекул воды в линейные макромолекулы, повышающие скользкость воды, а соответственно скорости перемещения в кольцевом канале 28 и скорость опорожнения отверстий 26 возрастает в 2-3 раза. Кольцо магнитофора 27, выполненного из каучука с ферромагнитным наполнителем, намагниченное индуктором-магнитофором, своими магнитными воздействиями обеспечивает временную перестройку молекул с изменением водородных связей, приводящих к разрыву между молекулами ассоциатов. В поле центробежных сил, создаваемых ротором 25, и магнитных воздействий магнитофора 27 происходит разрыв между ассоциатами тяжелой и легкой води. Тяжелая вода, имеющая плотность, на 10% превышающую плотность легкой, проходит в полость 31, вытесняя оттуда легкую, вязкость которой на 23% меньше тяжелой. При выбросе воды из глухих отверстий 26 в кольцевом канале 28 скоростной напор переходит в статический. При последующих заполнениях и опорожнениях отверстий 5 происходит повышение значений скоростных и статических напоров. Пульсации напоров сопровождаются потерями энергии напоров, которая переходит в тепловую с нагревом воды. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC, т.е. она хуже испаряется, быстрее конденсируются в сравнении с легкой водой, т.е. динамическая дезинтеграция сопровождается статической. Вода с находящимся в ней дезинтегратом через патрубок 24 поступает в верхнюю секцию 4 КФ 1, обеспечивая сине-зеленые водоросли биогенными элементами питания, в том числе ферментом гидрогеназы, катализирующей выработку сине-зелеными водорослями водорода, который отводят из верхней секции 4 КФ 1. Смесь ассоциатов тяжелой и легкой, воды поступает в приемную камеру 33 установки электролиза 34 с образованием в анодной секции 37 кислого раствора /КР/, а в катодной 36 - щелочного раствора /ЩР/, смешению которых препятствует полупроницаемая перегородка 35. Образующийся в катодной секции 36 ЩР поступает в нагнетатель 8, обеспечивая барботирование слоя воды с сине-зеленными водорослями в слое насадки 10 на ППП 3. Избыточная биомасса после ЦМФ 21 отжимается в ЛПФ 39 и после сушки в сушилке 40 ее используют в качестве БВД в корма животных и птицы по расходу 1 грамм на 1 кг живого веса, что обеспечивает сокращение расхода основных кормов на 20%, повышается яйценосность птицы, надои молока, привесы мяса. БВД из сине-зеленных водорослей содержит до 50% белка и витамин B₁₂. Кислый раствор, обладающий бактерицидными свойствами, используют для мойки аппаратуры молокозавода, а щелочной раствор - для мойки посуды.

Формула изобретения

Колонна ферментолиза, включающая корпус с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, выполненными с выступами над поперечными перфорированными перегородками, второй конец которых образует гидравлический затвор с поперечными перфорированными перегородками следующей секции, нижняя секция сообщена с нагнетателем газа, отличающаяся тем, что корпус колонны ферментолиза выполнен со светопроницаемыми стенками с размещенными с внешней стороны стенок корпуса колонны ферментолиза светильниками, на поперечных перфорированных перегородках размещена иммобилизационная насадка в виде полых стеклянных шариков, а верхняя секция колонны ферментолиза через диспергатор, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса диспергатора ротор с чередующимися выступами и впадинами на цилиндрической поверхности, взаимодействует через кольцевой канал с выступами и впадинами корпуса диспергатора, который патрубком входа сообщен со сборником фекально-бытовых и производственных стоков, а нижняя секция колонны ферментолиза сообщена с центробежным микрофильтром, а по биомассе - с динамическим дезинтегратором, включающим корпус с патрубками входа и выхода, размещенный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями на цилиндрической поверхности кольца магнитофора, которые взаимодействуют через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом динамического дезинтегратора полость, изолированную от патрубков входа и выхода, сообщенную патрубком с приемной камерой установки электролиза, включающей разделенные полупроницаемыми перегородками катодную и анодную секции, причем катодная секция по водороду сообщена с нагнетателем и нижней секцией колонны ферментолиза, а верхняя секция сообщена со сборником водорода, а центробежный микрофильтр по избыточной биомассе сообщен с ленточным пресс-фильтром и сушилкой белково-витаминной добавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1