Аппарат для обработки ферментированных органических субстратов

Изобретение относится к устройствам для обработки органических субстратов, таких как бесподстилочный навоз, осадки и илы сооружений биологической очистки хозяйственных и производственных сточных вод. Аппарат для обработки ферментированных органических субстратов состоит из вертикального корпуса с патрубками для отвода газообразных продуктов и обработанного ферментированного субстрата, внутри которого коаксиально корпусу размещен пленочный испаритель-дегазатор с патрубком для подвода ферментированного субстрата в донной части, причем патрубок для отвода газообразных продуктов посредством газопровода связан с вакуум-насосом. Аппарат дополнительно снабжен компрессором, нагнетательная часть которого подключена к распределителю сжатого воздуха, размещенному в донной части, нижняя часть корпуса выполнена в виде двухъярусного отстойника, осадочная часть которого снабжена теплообменным регистром, стенка пленочного испарителя-дегазатора выполнена полой и вместе с теплообменным регистром подключена к контуру теплового насоса. Технический результат - повышение эффективности установки за счет использования отводимой тепловой энергии для нагрева исходного субстрата, увеличения доли товарного биогаза с содержанием горючего газа - метана - до 60-75%, получение стабилизированного и обеззараженного продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для обработки органических субстратов, таких как: бесподстилочный навоз, осадки и илы сооружений для механо-биологической очистки хозяйственных и некоторых видов производственных сточных вод после проведения анаэробной ферментации в анаэробных биореакторах-метантенках с целью получения стабилизированного и обеззараженного продукта - эффлюента, а также биогаза с содержанием горючего газа - метана - до 60-75%.

Более конкретно, предлагаемое изобретение является разновидностью сооружений для уплотнения и дегазации эффлюента перед его дальнейшей обработкой (например, более глубоким механическим обезвоживанием на центрифугах, прессах и фильтрах, или сушилкой) или депонированием на иловых площадках.

Снижение относительной влажности удаляемого из сооружений осадка, а также концентрации взвешенных веществ в надосадочной жидкости позволяет сократить приведенные затраты на последующих стадиях обработки осадка, снизить затраты энергии на обработку надосадочной жидкости в сооружениях биологической очистки.

Известны устройства такого назначения. Наиболее известными широко применяющимися на практике являются сооружения н основе отстойника-уплотнителя и камеры смешивания ферментированного осадка с очищенной сточной водой, которая выполняет функции промывной жидкости. Промывка позволяет удалить из эффлюента значительную часть мелкодисперсных и коллоидных частиц, снизить его щелочность, что на последующей стадии осаждения и уплотнения обеспечивает снижение влажности с 96,8 до 94,5-96% (Туровский И.С. «Обработка осадкой сточных вод», Москва, Стройиздат, 1988, с.43-45, 239).

Основными недостатками таких сооружений являются значительный объем отстойника-уплотнителя, что обуславливается продолжительностью обработки, до 10-12 часов), и высокая концентрация взвешенных веществ в сливной жидкости (2-4 г/л), что приводит к необходимости применять специальные устройства для ее очистки перед подачей на сооружения биологической очистки.

Частично указанные недостатки устранены в устройстве, представляющем собой вторичный отстойник и выполняющем функции уплотнителя и накопителя эффлюента (Экологическая биотехнология», под ред. Форстера К.Ф. и Вейза Д.А., Ленинград, Химия, 1990, с.63, 64). Необходимая степень уплотнения эффлюента достигается за счет низкой удельной нагрузки на объем сооружения. В то же время, достичь необходимого качества сливной воды, а также снизить габариты сооружения невозможно из-за остаточного газовыделения в уплотняемой массе. Известны следующие методы снижения метаболической активности анаэробных микроорганизмов в осадочной части: флотация, вакуумирование, охлаждение, продувка воздухом. Наибольший эффект по снижению остаточного газовыделения и, следовательно, повышению объемной нагрузки на сооружения дают охлаждение биомассы (температурный шок), отдувка воздухом и вакуумирование надосадочного пространства сооружения (там же, стр.70-71).

Основными недостатками данных технических решений являются потери ценного в агротехническом отношении аммонийного азота в процессе продувки воздухом и вакуумирования, низкие коэффициенты массопередачи между воздухом и аэрируемой средой в больших объемах, значительные затраты энергии на создание искусственного холода.

В значительной степени данные недостатки устранены в пленочном аппарате, в котором интенсификация процессов дегазации и охлаждения ферментированного субстрата осуществляется посредством организации пленочного гравитационного течения эффлюента по вертикальной стенке в условиях вакуумирования. При этом обеспечиваются максимальный контакт анаэробной микрофлоры с ингибирующим процесс газогенерации агентом-воздухом, а также охлаждение биомассы за счет испарения части влаги с поверхности стекающей пленки (Nähle С «The contact process for the anaerobic treatment of wastewater technology, design and experiences», Water science and technology, V.24, №8, 1991).

Основным недостатком данного технического решения является незначительная степень охлаждения биомассы в сравнении с машинными методами охлаждения, потери тепловой энергии с удаляемым эффлюентом и потери аммонийного азота.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

В результате использования предлагаемого изобретения достигается более глубокое охлаждение эффлюента и, тем самым, практически полное прекращение газовыделения. Отводимая при этом тепловая энергия после термодинамической трансформации используется для нагрева исходного субстрата, что позволяет увеличить долю товарного биогаза. Основная часть содержащегося в эффлюенте аммонийного азота (до 60%) рекуперируется для последующего агротехнического использования. Степень уплотнения эффлюента дополнительно увеличивается за счет полного подавления остаточного газовыделения в зоне отстаивания.

Данный технический результат достигается тем, что аппарат для обработки ферментированных органических субстратов состоит из вертикального корпуса с патрубками для отвода газообразных продуктов и обработанного ферментированного субстрата. Внутри корпуса размещен коаксиально корпусу пленочный испаритель-дегазатор с полой стенкой. Патрубок для подвода эффлюента находится в донной части. Патрубок для отвода газообразных продуктов связан с вакуумным насосом. Дополнительно предусмотрен компрессор, нагнетательная часть которого подключена к распределителю для подвода сжатого воздуха в донной части. Нижняя часть корпуса выполнена в виде двухъярусного отстойника, осадочная часть которого снабжена охлаждающим теплообменным регистром-испарителем теплового насоса. Конденсатор теплового насоса размещен в баке-аккумуляторе, который посредством циркуляционного контура связан с теплообменным аппаратом-нагревателем исходного субстрата.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурой 1, на которой представлена конструктивная схема устройства.

Устройство состоит из вертикального герметичного корпуса 1, внутри которого размещен вертикальный пленочный испаритель-дегазатор 2.

В верхней части корпуса 1 предусмотрен патрубок 3 для отвода газообразных продуктов, связанный газопроводом 4 с вакуум-насосом 5. Корпус 1 снабжен теплоизоляцией 6. В верхней части пленочного испарителя-дегазатора 2 размещено распределительное устройство 7, предназначенное для формирования пленки обрабатываемого субстрата. Конструктивно пленочный испаритель-дегазатор 2 представляет собой тонкостенную трубу с полой стенкой 8, внутрь которой может подаваться теплоноситель или хладоноситель. С этой целью предусматриваются патрубки 9 и 10. Нагнетательная часть вакуум-насоса 5 подключена к поглотителю паров аммиака 11 известного типа. Поглощающее аммиак вещество может быть жидким или твердым, с пористой структурой (например, сухой ферментированный субстрат).

В нижней части корпуса 1 размещается двухъярусный отстойник 12, состоящий из цилиндро-конического днища 13, лотков 14 и 15 с разрезными днищами 16 и 17 и газоотводящими каналами 18 и 19. Патрубок 20 предназначен для отведения уплотненного осадка (ферментированного субстрата), патрубок 21 - для осветленной надосадочной жидкости. Теплообменный регистр-испаритель 22 теплового насоса 23 размещен по крайней мере частично в осадочной части 24 двухъярусного отстойника 12. Тепловой насос 23 снабжен конденсатором 25, который размещен в баке-аккумуляторе 26. Теплообменный регистр-испаритель 22, полая стенка 8 конденсатора 25 связаны с компрессором 27 теплового насоса 23 посредством многоходового распределителя потоков 28 с возможностью их реверсирования. Бак-аккумулятор 26 посредством циркуляционного контура 29 связан с теплообменным аппаратом-нагревателем исходного субстрата 30. В донной части 31 внутренней полости пленочного испарителя-дегазатора 2 предусмотрен патрубок 32 для подвода эффлюента, а также распределитель 33, подключенный к нагнетательной части компрессора 34.

Устройство работает следующим образом.

Исходный субстрат (эффлюент из метантенков) через патрубок 32 вводится в донную часть пленочного испарителя-дегазатора 2. При движении потока вверх он подвергается нескольким видам физических и физико-химических воздействий: во-первых, аэрации воздухом, подаваемым через распределитель 33 от компрессора 34; во-вторых, охлаждению, которое осуществляется путем теплопередачи от нагретого потока (начальная температура эффлюента 30-50°С) охлаждающему агенту, который подается в полую стенку 7 пленочного испарителя-дегазатора 2 через патрубки 9 и 10. В качестве охлаждающего агента используется низкокипящий хладон, являющийся рабочим телом теплового насоса 23. В процессе обработки потока эффлюента воздухом происходит удаление из него диоксида углерода и метана, что существенно улучшает седиментационные свойства эффлюента. Дополнительно происходит повышение значения рН свыше значений, благоприятных для метаногенеза (рН<8). Повышение рН свыше 8 создает также благоприятные условия для перехода значительной части азота из аммонийной (растворенной) в аммиачную (газообразную) форму. По достижении верхней части пленочного испарителя-дегазатора 2 посредством распределительного устройства 7 происходит формирование пленки эффлюента на поверхности пленочного испарителя-дегазатора 7. По мере стекания пленки происходят следующие процессы, существенно меняющие седиментационные характеристики эффлюента и его газонасыщенность: во-первых, происходит дальнейшее удаление метана и диоксида углерода; во-вторых, удаляется неусвоенный массой эффлюента воздух; в-третьих, происходит удаление паров аммиака; в-четвертых, происходит дальнейшее охлаждение эффлюента; в-пятых, в пленке начинаются процессы аэробного окисления, не разрушенного в метантенке органического вещества.

Охлаждение эффлюента происходит благодаря отводу теплоты к кипящему внутри полой стенки 8 хладону, который через распределитель потоков 28 подводится и отводится в контур теплового насоса 23. Выделяющиеся в процессе обработки эффлюента газы и пары удаляются из корпуса 1 через патрубок 3 и газопровод 4 вакуум-насосом 5 в поглотитель паров аммиака 11 и далее в атмосферу.

Охлажденный и дегазированный эффлюент поступает в лотки 14 и 15, в которых происходит процесс разделения на жидкую и сгущенную фракции. Жидкая фракция отводится на дальнейшую обработку через патрубок 21. Сгущенная фракция через разрезные днища 16 и 17 поступает в осадочную часть 24 днища устройства 13 для последующего уплотнения. Так как метаногенные анаэробные микроорганизмы после аэрации, температурного шока и повышения рН практически полностью прекращают свою метаболическую деятельность, эффекта биофлотации, сопряженного с выносом частиц в жидкую фазу, не происходит.

Таким образом, концентрация твердого вещества в осадке увеличивается не менее чем в два раза, концентрация твердого вещества в жидкой фазе соответственно снижается. Нагрузка на всю осадительно-уплотнительную систему увеличивается, что приводит к снижению объема устройства в целом. Другим положительным эффектом является реконструкция аммонийного азота, обладающего значительной агротехнической ценностью.

Остаточное газовыделение подавляется посредством охлаждения сгущенной фракции, которое реализуется за счет размещения теплообменного регистра-испарителя 22 теплового насоса 23, размещенного в осадочной части 24 устройства. Тепловая энергия, отводимая при кипении хладона в теплообменном регистре-испарителе 22 и полой стенке 8, трансформируется тепловым насосом 23 в высокопотенциальную энергию, используемую для получения теплоносителя - горячей воды в баке аккумулятора 26 с размещенным в нем конденсатором 25 теплового насоса 23. Теплоноситель циркулирует в контуре 29 и используется для нагревания исходного субстрата в теплообменном аппарате 30.

Уплотненный осадок с влажностью не более 95% через патрубок 20 поступает на дальнейшую обработку (сушку, приготовление удобрительных смесей, депонирование и т.п.).

1. Аппарат для обработки ферментированных органических субстратов, состоящий из вертикального корпуса с патрубками для отвода газообразных продуктов и обработанного ферментированного субстрата, внутри которого коаксиально корпусу размещен пленочный испаритель-дегазатор с патрубком для подвода ферментированного субстрата в донной части, причем патрубок для отвода газообразных продуктов посредством газопровода связан с вакуум-насосом, отличающийся тем, что аппарат дополнительно снабжен компрессором, нагнетательная часть которого подключена к распределителю сжатого воздуха, размещенному в донной части, нижняя часть корпуса выполнена в виде двухъярусного отстойника, осадочная часть которого снабжена теплообменным регистром, стенка пленочного испарителя-дегазатора выполнена полой и вместе с теплообменным регистром подключена к контуру теплового насоса.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в верхней части пленочного испарителя-дегазатора размещено распределительное устройство, а конденсатор теплового насоса размещен в баке-аккумуляторе, который посредством циркуляционного контура связан с теплообменным аппаратом-нагревателем исходного субстрата.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биологической очистке фекально-бытовых стоков. .

Изобретение относится к системам утилизации углеродсодержащих отходов и может быть использовано на тепловых электрических станциях, на углеобогатительных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах при утилизации гидрошламов и нефтешламов, а также на энерготехнологических комплексах при утилизации осадков сточных вод.

Изобретение относится к способам обезвреживания и утилизации нефтесодержащих шламов и может быть использовано, в частности, на предприятиях нефтегазового комплекса.

Изобретение относится к области разделения суспензий и может быть использовано при очистке сточных вод и утилизации илового осадка в углехимической, пищевой, нефтехимической отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству и способу сушки водосодержащего материала, такого как навоз. .

Изобретение относится к области добычи и переработки нефти, в частности к переработке и утилизации нефтешламов, содержащихся в шламонакопителях, путем разделения нефтешлама на нефтепродукты, воду и механические примеси.

Метантенк // 2462509
Изобретение относится к устройствам для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов и может быть использовано на животноводческих и птицеводческих фермах, сельских усадьбах и дачных участках.

Изобретение относится к анаэробной конверсии отходов сельского хозяйства с получением биогаза и генерацией из него электрической и тепловой энергии, а также с получением ценного органического удобрения.

Изобретение относится к методам переработки отходов, в частности к методам получения биогаза из органосодержащих отходов. .

Изобретение относится к способу обработки сточных вод, образующихся в процессе переработки биомассы в жидкое биотопливо, где процесс переработки биомассы в жидкое биотопливо включает в себя получение синтез-газа из биомассы и синтез Фишера-Тропша для превращения указанного синтез-газа в жидкие углеводороды, в котором используется кобальтовый катализатор, в котором сточные воды, содержащие загрязненные спиртами водные стоки, образующиеся при переработке биомассы в жидкое биотопливо, очищают в общем процессе обработки сточных вод, включающем процесс биологической очистки, совместно со сточными водами, образующимися в процессе производства целлюлозы и/или бумаги, с которым интегрирован указанный процесс переработки биомассы в жидкое биотопливо, в котором загрязненные спиртами стоки разбавляют водными стоками из указанного процесса производства целлюлозы и/или бумаги перед процессом биологической очистки
Изобретение относится к области охраны и восстановления окружающей среды, более точно к способам обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами, и может быть использовано в химической и сельскохозяйственной промышленности для обезвреживания, обеззараживания и восстановления плодородности грунтов, производства гуминовых удобрений, получения искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта

Изобретение относится к способу обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, включающему сжатие отходов и окислителя до давления Р>РкрН2О с последующей подачей в реактор

Изобретение относится к способу обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, включающему сжатие отходов и окислителя до давления Р>РкрН2О с последующей подачей в реактор

Изобретение относится к способам обработки осадков сточных вод, в том числе содержащих высококонцентрированные, эмульгированные нефтепродукты, и может быть использовано в промышленных предприятиях перед концентрированием осадков фильтрованием

Изобретение относится к области утилизации биологических азот- и углеродсодержащих отходов сельскохозяйственных предприятий путем анаэробного сбраживания с выработкой высококачественного удобрения
Изобретение относится к обезвоживанию водосодержащего материала, в частности осадков сточных вод. Способ обезвоживания осадков включает отжим осадка вакуумированием подслоевого пространства в импульсном режиме с использованием ресивера и быстродействующего клапана до вскипания влаги в глубинных слоях и миграции ее на поверхность при одновременном нагреве отжимаемого осадка прососом нагретого воздуха или инертного газа через слой осадка и последующее его двухстороннее вакуумирование. Предлагаемый способ позволяет снизить влагосодержание осадка и ускорить процесс обезвоживания. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение может быть использовано в технологии изготовления искусственного грунта, применяемого в дорожно-транспортном строительстве, в качестве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель. Для осуществления изобретения проводят изменение влажности исходного осадка сточных вод. Осуществляют забор суспензии осадка сточных вод из илового накопителя. Перекачивают суспензию забранного осадка по трубопроводу с одновременным определением содержания в нем сухого вещества в узел приготовления осадка, где производят разбавление суспензии с последующим ее обеззараживанием, осаждением ионов тяжелых металлов и нейтрализацией неприятных запахов. Способ обеспечивает возможность утилизации значительного объема осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства при транспортировке его по технологической линии. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение может быть использовано при производстве композиционных материалов, которые могут быть применены в дорожно-транспортном строительстве, в качестве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель. Для осуществления способа предварительно разбавляют суспензию осадка сточных вод до содержания сухих веществ в количестве 4,5-5,5%. Готовят раствор флокулянта концентрацией 1-2%. Подают в узел смешения подготовленную суспензию осадка и раствор флокулянта. Смешение суспензии осадка и раствора флокулянта проводят с использованием последовательно установленных кавитационного и лопаточного смесителей, обработанную раствором флокулянта суспензию осадка сточных вод закачивают в емкости из геоткани, в которых происходит разделение твердой и жидкой фаз. Способ обеспечивает повышение эффективности отделения воды от твердой фазы суспензии осадка сточных вод предприятий коммунального хозяйства.

Изобретение относится к устройствам для обработки органических субстратов, таких как бесподстилочный навоз, осадки и илы сооружений биологической очистки хозяйственных и производственных сточных вод

Наверх