Метантенк
Изобретение предназначается для использования в коммунальном и в сельском хозяйствах для последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных твердых неотсортированных и неизмельченных сбраживаемых органических отходов городов и поселков, отходов сельхозпроизводства, сельских усадеб и дачных участков с выработкой из них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, из яиц и семян сорняков жидких минерализованных органических удобрений с высоким содержанием гумуса и горючего биогаза на энергетические цели. Метантенк содержит горизонтальный резервуар, разделенный внутренними попеременно не доходящими до верха и низа резервуара поперечными перегородками на газовые секции с газосборниками и жидкостные проточно сообщающиеся камеры с кранами слива, загрузочный и разгрузочный патрубки, нагреватели сбраживаемой массы и присоединенный к газосборникам газовых секций газопровод к газгольдеру. В резервуар встроен цепочно-скребковый загрузочно-разгрузочный элеватор с приводом, горизонтально расположенные друг над другом рабочие ветви которого с перфорированным ограждением между ними и вокруг них введены со стороны загрузочного патрубка во внутрь резервуара, ниже установленного в резервуаре уровня сбраживаемой жидкой органической массы. К газосборнику первой газовой секции присоединен газопровод отсоса из нее биогаза в инжектор, взаимодействующий с насосом откачки сбраживаемой в камере массы и нагнетания ее обратно в камеру, через соединенный с ним инжектор и рассредоточитель образуемой в инжекторе газожидкостной смеси. Технический результат: усовершенствование метантенка, обеспечение эффективного расщепления твердых сбраживаемых органических веществ отходов и наибольшая выработка высококачественных жидких минерализованных насыщенных гумусом органических удобрений и горючего биогаза высокой калорийности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение предназначается к использованию в коммунальном и в сельском хозяйствах для последовательного пофазного анаэробного cбраживания различных твердых неотсортированных и неизмельченных сбрасываемых органических отходов городов и поселков, отходов сельхозпроизводства, сельских усадеб и дачных участков с выработкой из них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков жидких минерализованных органических удобрений с высоким содержанием гумуса и горючего биогаза на энергетические цели.
Известен метантенк /ферментер/ для последовательного пофазного анаэробного сбраживания неизмельченных и неразжиженных различных сбраживаемых твердых органических отходов с выработкой из них жидких органических удобрений и горючего биогаза на энергетические цели, резервуар которого снабжен газосборником и цепочно-скребковым загрузочно-разгрузочным элеватором твердых отходов, что позволило провести исследования по выявлению градиента рН по высоте резервуара и установить зону активной биоконверсии неизмельчаемого при загрузке цельного пера птицы, включая маховые /журнал "БИОТЕХНОЛОГИЯ", 1989, т. 5 № 2, стp.222-224, pиc.3"б"/.
Недостатком этого известного метантенка является то, что расположение ветвей его цепочно-скребкового элеватора осуществлено вертикально по противоположным сторонам резервуара и днища метантенка через нейтральную зону сбраживания с рН 7,0 и через нижнюю зону сбраживания с рН более 7,2, где не наблюдается активное участие расщепляющих /гидролизующих/ органические вещества микроорганизмов и где твердые органические отходы остаются без их расщепления.
Известен также метантенк установки для производства жидких органических удобрений и биогаза из различных измельченных и разжиженных органических отходов коммунального и сельского хозяйств по а.с. СССP № 1198026, содержащий утепленный и обогреваемый горизонтальный цилиндрической формы резервуар, разделенный внутри поперечными попеременно не доходящими до верха и низа резервуара перегородками на газовые секции с газосборниками и проточные жидкостные камеры сбраживания, загрузочный и разгрузочный патрубки с затворами, теплообменник, люки очистки камер, газопровод от газосборников к газгольдеру, что обеспечивает последовательное пофазное анаэробное сбраживание различных разжиженных и измельченных сбраживаемых органических отходов.
Недостатком приведенного выше известного по а.с. СССР № 1198026 метантенка является непригодность его использования для анаэробного сбраживания твердых неизмельченных и неразжиженных органических отходов.
Вместе с тем по своей технической сущности и достигаемому результату метантенк по а.с. № 1198026 является наиболее близким к изобретению.
Задачей настоящего изобретения является создание такого метантенка, который не содержал бы приведенные выше недостатки известного и обеспечил бы более эффективное расщепление /гидролизацию/ твердых сбраживаемых органических веществ отходов без их измельчения в кислой фазе сбраживания при рН менее 7,0 активным симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов при выработке из твердых сбраживаемых органических отходов наибольшего количества высококачественных жидких минерализованных насыщенных гумусом органических удобрений и горючего биогаза высокой калорийности.
Согласно изобретению поставленная задача в создании нового метантенка достигается тем, что в резервуар встроен цепочно-скребковый загрузочно-разгрузочный элеватор с приводом, горизонтально расположенные друг над другом рабочие ветви которого с перфорированным ограждением между ними и вокруг них введены со стороны загрузочного патрубка во внутрь резервуара ниже установленного в резервуаре уровня сбраживаемой жидкой органической массы, а к газосборнику первой газовой секции присоединен газопровод отсоса из нее биогаза в инжектор, взаимодействующий с насосом откачки сбраживаемой в камере массы и нагнетания ее обратно в камеру через соединенный с ним инжектор и рассредоточитель, образуемой в инжекторе газожидкостной смеси, тогда как резервуар метантенка изготавливают по своей форме в поперечном сечении круглым, овальным, квадратным, прямоугольным или многоугольным.
Поставленная задача достигается и тем, что газопровод отсоса биогаза из первой газовой секции соединен с газопроводом к газгольдеру посредством двух обособленных газопроводов, в один из которых встроен редукционный клапан сброса избыточного давления биогаза из первой газовой секции в газопровод к газгольдеру, а во второй газопровод встроен редукционный клапан подачи биогаза из газопровода к газгольдеру в первую газовую секцию при образовании в ней вакуума, тогда как элеватор имеет Г-образную форму и отметка расположения порога стока жидкости из выгружаемых несброженных твердых отходов разгрузочного патрубка Г-образного элеватора выполнена выше отметки уровня сбраживаемой в резервуаре органической массы.
На фиг.1 показан метантенк в разрезе; на фиг.2 - вид на метантенк на фиг.1 сверху; на фиг.3 - вид по А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид фрагмента цепочно-скребкового элеватора сверху; на фиг.6 - вид на фрагмент цепочно-скребкового элеватора на фиг.4 сбоку.
Показанный на чертежах метантенк представляет собой резервуар 1, горизонтально выполняемый в поперечном сечении круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы и изготавливаемый из различных материалов, включая бетон, железобетон, кирпич, камень и др., имеет газосборники 2 и 3 над обособленными газосборными секциями, газопровод к газгольдеру 4 с редукционными клапанами 5 и 6, присоединенными к газопроводу 7 отсоса биогаза из газосборника 2 первой газосборной секции, патрубок слива сброженной массы 8 с шибером 9 регулирования уровня сбраживаемой в резервуаре 1 массы, люки 10 удаления осадка из камер сбраживания. К резервуару 1 присоединен насос 11, взаимодействующий с инжектором 12, соединенным трубопроводом 13 подачи газожидкостной смеси из инжектора 12 в установленный в первой камере рассредоточитель 14, тогда как по расположенному в первой камере всасывающему трубопроводу 15 сбраживаемая в первой камере масса поступает в насос 11 для обеспечения приготовления в инжекторе 12 газожидкостной смеси, перемешивающей сбраживаемую массу в первой камере. Для нагрева сбраживаемой в резервуаре 1 массы установлен радиатор 16, соединенный трубопроводами 17 с нагревателем, а для обеспечения выпуска из резервуара 1 жидкости и газа установлены краны 18 и 19, тогда как внутренний объем резервуара 1 поочередно не доходящими до его низа и верха перегородками 20 разделен на проточные жидкостные камеры, количество и объемы которых устанавливают в зависимости от объема резервуара 1, состава и количества сбраживаемых отходов, технологического режима сбраживания и ожидаемого количества и качества продуктов брожения. Резервуар 1 снабжен опорами 21 для его установки в проектное положение, имеет снаружи термоизоляционное покрытие 22.
С торца, со стороны загрузочного патрубка, в резервуаре 1 выполнена горловина 35 с круговыми фланцами, в которую введен и к фланцу которой болтами 36 присоединен съемный для регулировок и очистки цепочно-скребковый Г-образный по форме элеватор 23 с загрузочным 24 и разгрузочным 25 патрубками, а рабочие друг над другом расположенные и противоположно направленно работающие верхняя 26 и нижняя 27 ветви с перфорированным /решето, сетка/ ограждением между ними 28 и внешним вокруг них 29 и 40, - горизонтальной своей частью установлен внутри резервуара 1 ниже уровня сбраживаемой органической массы, образуя своим перфорированным ограждением обособленно выделенную зону, в которой осуществляется первая фаза анаэробного сбраживания в кислой среде при рН менее 7,0 и из которой через перфорированное ограждение в сбраживаемую в резервуаре 1 во второй фазе органическую массу в щелочной среде при рН более 7,2 стекают жидкие продукты распада /гидролиза/ твердых отходов первой фазы сбраживания, тогда как несброженная часть твердых отходов и несбраживаемые неорганические включения, загруженные в патрубок 24 в составе неотсортированных твердых отходов, выгружаются из патрубка 25, будучи частично осушены стекающей обратно в резервуар 1 жидкостью через перфорированную наклонную поверхность 30. Для перегруза сбраживаемых твердых отходов с верхней 26 ветви на нижнюю 27 в ограждении 28 выполнено окно 31, что на фиг.1 показано дуговой стрелкой.
В зависимости от размера и формы выполнения метантенка, частоты его загрузки, количества и качества твердых отходов и устанавливаемого технологическим регламентом режима сбраживавия привод 32 ветвей 26 и 27 его элеватора 23 может быть выполнен ручным /рычаг, штурвал/ или электромеханическим с программным управлением работы его ведущих 33 и направляющих боковых 34 звездочек, определяющих положение рабочих ветвей элеватора 23, состоящих из тяговых пластинчатых цепей 37 с присоединенными к ним скребками 38. Для периодического контроля, осмотра и ремонта рабочей камеры выполнен люк 39. При наличии в составе твердых отходов песка, грунта, мелкого щебня, ракушек и других мелкоразмерных несбраживаемых минеральных включений, которые могут через перфорированное ограждение 29 рабочих ветвей 26 и 27 выпадать во внутрь резервуара 1 с образованием на его днище минерального осадка, нижний лист перфорированного ограждения 29 надлежит заменить на сплошной лист 40 /фиг.3/, для чего при частичном снижении уровня жидкости в резервуаре 1 надо отсоединить элеватор 23, вынуть его из резервуара 1 и заменить перфорированный лист 29 сплошным.
Выполнение цепочно-скребкового элеватора 23 в прямоугольном в плане виде, как это показано пунктиром на фиг.2, позволяет и резервуар 1 метантенка изготавливать по форме в поперечном сечении круглым, овальным, квадратным, прямоугольным или многоугольным с использованием различных материалов по выявлению эффективности и доступности применения того или иного варианта изготовления метантенка в конкретных условиях его использования.
Работа предлагаемого изобретением метантенка по осуществлению способа последовательного пофазного анаэробного сбраживания неизмельченных, неотсортированных и неразжиженных твердых сбраживаемых органических отходов в зависимости от вида, качества и влажности сырья, необходимости выработки из него требуемого количества и качества горючего биогаза и жидкого минерализованного насыщенного гумусом органического удобрения, необходимости обеспечения эффективного обеззараживания сбраживаемых твердых отходов от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков с другими нежелательными включениями может осуществляться в широком диапазоне размеров и производительности различной формы метантенков из различных материалов, изменяемых доз цикличной или непрерывной загрузки при температурах сбраживания от +10°С до +60°С, что назначается технологическим регламентом конкретного использования метантенка избранной емкости и формы изготовления.
Анаэробное сбраживание твердых неизмельченных, неотсортированных и неразжиженных сбраживаемых различных органических отходов, образуемых в сельском и в коммунальном хозяйствах, в производственных и в бытовых условиях фабрик, ферм, комплексов, индивидуальных домов и усадеб, дачных и садово-огородных участках, на пищевых и им подобным предприятиях общественного питания, столовых, ресторанах, кафе и др., в предложенном изобретением метантенке выполняют следующим образом.
В заранее заполненный анаэробно сбраживаемой органической массой резервуар 1, каковой могут быть экскременты животных и птицы или сбраживаемая масса из другого работающего метантенка, через загрузочный патрубок 24 установленного в рабочее проектное положение элеватора 23 вводят при повороте привода 32 твердые отходы без какой бы то либо подготовки. Загрузка может быть одноразовой в сутки, многоразовой или непрерывной, что определяет технологический регламент для каждого метантенка с учетом вышеприведенных факторов. Загрузка может осуществляться как на обе рабочие ветви 26 и 27 элеватора 23, так и только на одну верхнюю 26, что обуславливает двухсуточное сбраживание ежесуточно загружаемых твердых отходов, тогда как при ежедневной загрузке на обе 26 и 27 ветви элеватора 23 сбраживание будет осуществляться только сутки с ежесуточной выгрузкой несброженных твердых отходов и несбраживаемых минеральных веществ, имевшихся в загруженных твердых отходах. Соответствующее сбраживание будет осуществляться и при других приемах загрузки.
Приведенное выше выполнение предлагаемого изобретением метантенка позволяет полностью использовать как жидкие, так и газообразные продукты расщепления /гидролиза/ твердых органических отходов первой фазы сбраживания в кислой среде при рН менее 7,0 во второй фазе сбраживания в щелочной среде при рН более 7,2, что обеспечивает выработку из твердых органических отходов наибольшего количества и лучшего качества жидких минерализованных насыщенных гумусом органических удобрений и горючего биогаза повышенной калорийности. При этом достигается почти полный распад /гидролиз/ органического вещества загружаемых в метантенк твердых сбраживаемых органических отходов.
Существенным достоинством предлагаемого изобретением метантенка является также его способность отделять и использовать находящиеся в загружаемых различных твердых отходах сбраживаемые органические вещества от несбраживаемых и от минеральных неорганических включений в составе твердых отходов и выгружать их во вне метантенка обезвоженными. Это достоинство предлагаемого изобретением метантенка в осуществлении сепарирования твердых отходов в процессе их сбраживания исключает необходимость сепарировать состав твердых отходов до их сбраживания, как и исключает необходимость их сортировки, измельчения и разжижения.
1. Метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных твердых неизмельченных и неотсортированных сбраживаемых органических отходов с выработкой из них жидкого минерализованного с гумусом органического удобрения и горючего биогаза, содержащий горизонтальный резервуар, разделенный внутренними попеременно не доходящими до верха и низа резервуара поперечными перегородками на газовые секции с газосборниками и жидкостные проточно сообщающиеся камеры с кранами слива, загрузочный и разгрузочный патрубки, нагреватели сбраживаемой массы и присоединенный к газосборникам газовых секций газопровод к газгольдеру, отличающийся тем, что в резервуар встроен цепочно-скребковый загрузочно-разгрузочный элеватор с приводом, горизонтально расположенные друг над другом рабочие ветви которого с перфорированным ограждением между ними и вокруг них введены со стороны загрузочного патрубка во внутрь резервуара ниже установленного в резервуаре уровня сбраживаемой жидкой органической массы, а к газосборнику первой газовой секции присоединен газопровод отсоса из нее биогаза в инжектор, взаимодействующий с насосом откачки сбраживаемой в камере массы и нагнетания ее обратно в камеру, через соединенный с ним инжектор и рассредоточитель образуемой в инжекторе газожидкостной смеси.
2. Метантенк по п.1, отличающийся тем, что резервуар изготавливают по своей форме в поперечном сечении круглым, овальным, квадратным, прямоугольным или многоугольным.
3. Метантенк по п.1, отличающийся тем, что газопровод отсоса биогаза из первой секции соединен с газопроводом к газгольдеру посредством двух обособленных газопроводов, в один из которых встроен редукционный клапан сброса избыточного давления биогаза из первой газовой секции в газопровод газгольдеру, а во второй газопровод встроен редукционный клапан подачи биогаза из газопровода к газгольдеру в первую газовую секцию при образовании в ней вакуума.
4. Метантенк по п.1, отличающийся тем, что элеватор имеет Г-образную форму и отметка расположения порога стока жидкости из выгружаемых несброженных твердых отходов разгрузочного патрубка Г-образного элеватора выполнена выше отметки уровня сбраживаемой в резервуаре органической массы.
