Устройство для анаэробной и аэробной обработки концентрированных органических жидкостей

Изобретение относится к области природоохранной техники, в часности к сооружениям для подготовки к утилизации бесподстилочного навоза, помета на фермах, животноводческих, птицеводческих комплексах и к сооружениям для обработки осадков и других отходов механобиологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Устройство состоит из вертикального герметичного корпуса. В корпусе размещены одна под другой разделенные горизонтальной перегородкой полость с анаэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания, и полость с аэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания и аэрации. Рабочее пространство зон заполнено иммобилизирующей насадкой и снабжено патрубками для ввода и вывода жидкости и отвода газообразных продуктов с возможностью их рециркуляции. Иммобилизирующая насадка выполнена в виде совокупности полых вертикальных стержней, заполненных легкокипящей жидкостью. Наружная поверхность каждого из стержней, по меньшей мере в анаэробной зоне, снабжена оребрением. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки (свыше 90 % по ХПК) с возможностью регулирования степени удаления загрязнений в анаэробной и аэробной зонах в зависимости от типа жидкости, энергообеспеченности производства и требований к глубине очистки. 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области природоохранной техники, преимущественно сооружений для подготовки к утилизации бесподстилочного навоза, помета на фермах, животноводческих, птицеводческих комплексах, сооружений для обработки осадков и других отходов механобиологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод.

В частности, устройство может использоваться при очистке фугатов, надосадочных жидкостей, фильтратов, образующихся при механическом разделении на фракции бесподстилочного навоза, помета, осадков и илов очистных сооружений, а также для непосредственной очистки сточных вод перерабатывающей промышленности АПК.

Известны устройства аналогичного назначения. Согласно патенту Германии №3228782, кл. CO2F 11/04, комбинированный аппарат для анаэробной и аэробной обработки концентрированных субстратов представляет собой моноблочную конструкцию с размещенными коаксиально анаэробной зоной (снаружи) и аэробной аэрируемой зоной (внутри). Исходные концентрированные воды подвергаются последовательной аэробной и анаэробной обработке с получением биогаза и очищенной стабильной жидкости - эффлюента, пригодного для последующей глубокой очистки перед сбросом в водоем и/или повторным использованием.

Объединение двух процессов в одном корпусе существенно снижает капитальные затраты, позволяет эффективно использовать тепловой потенциал аэробного процесса для поддержания требуемого температурного режима анаэробного процесса.

Основным недостатком данного устройства является незначительное время удержания биомассы, что приводит к ее частичному преждевременному выносу и снижению тем самым удельной производительности аппарата. Другим недостатком является наличие значительного радиального градиента температуры биомассы в анаэробной зоне, что обуславливает ухудшение условий ведения термочувствительного анаэробного процесса и, как следствие, приводит к падению выхода биогаза и повышению нагрузки на аэробную степень, что в свою очередь ведет к повышению энергозатрат или снижению качества очистки.

В известной степени указанные недостатки устранены в А.С. №1301790, кл. CO2F 3/00. С целью увеличения продолжительности пребывания биомассы в аэробной и анаэробной зонах, в аппарате коаксиального типа предусмотрены средства для осуществления многоходового движения биомассы по спиральной траектории; при этом несколько улучшаются условия внутреннего и внешнего тепломассопереноса. Однако невозможность достижения значительного возраста и концентрации биомассы, устранения неравномерности обогрева анаэробной зоны не позволяют достигнуть высоких скоростей обработки исходного субстрата.

Общим недостатком рассмотренных аналогов является невозможность эксплуатации устройств в анаэробно-аэробном режиме обработки субстратов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство согласно патента Великобритании №2276617, кл. CO2F 3/00.

Устройство-прототип представляет собой вертикально ориентированный аппарат, разделенный горизонтальной перегородкой на анаэробную и аэробную зоны. Каждая из зон имеет выходные патрубки для газов, а также патрубки для подведения исходной и отведении обработанной жидкости. Внутренние полости зон заполнены средствами иммобилизации анаэробной и аэробной микрофлорой, согласно патенту, данные средства могут представлять собой зернистый материал, в поровом пространстве которого осуществляется перемещение газожидкостного потока. Перемешивание в анаэробной зоне осуществляется биогазом. Перемешивание в аэробной зоне осуществляется аэрирующим агентом - воздухом, кислородсодержащим газом, кислородом. При концентрации кислорода 0,5-5,0 мг/л, времени контакта от 5 до 30 мин и кратности циркуляции потока в аэробной зоне от 2 до 30 раз и времени пребывания в анаэробной зоне 8-48 час массообмен системе «жидкость - биомасса (биопленка) - газообразные продукты метаболизма» осуществляется по всему объему аппарата с достаточно высокой равномерностью и скоростью, что позволяет существенно снизить объем аппарата и осуществлять его эксплуатацию в проточном режиме. Другим преимуществом прототипа в сравнении с устройствами аналогами является компактность, относительная простота конструкции, возможность маневрирования жидкостными и газовыми потоками, а также создание многокорпусных (от 2 до 30) установок на базе унифицированного аэробно-анаэробного модуля. Устройство может работать как анаэробно-аэробном, так и в аэробно-анаэробном режимах. Указанный в патенте типоразмерный ряд имеет высоту 2-30 м и диаметр 1-20 м.

Основным недостатком устройства прототипа являются:

- недостаточная равномерность (однородность) температурного поля в анаэробной зоне, что может вызвать снижение интенсивности анаэробной ферментации при колебаниях температур исходной жидкости и/или окружающей среды;

- необходимость в специальных конструктивных решениях для загрузки и выгрузки иммобилизирующего материала (разгрузочные люки, гидрозатворы), длительность и сложность данных процедур.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Посредством введения унифицированного конструктивного элемента - двухфазного термосифона достигается необходимая температурная стабильность анаэробного процесса. При этом полезно используется биологическое тепло, выделяемое при введении сопряженного аэробного процесса. Основная проблема, возникающая при эксплуатации поверхностных теплообменных элементов, а именно загрязнение поверхности теплообмена органическими отложениями, устраняется в данном случае за счет эффекта биорегенерации поверхности вследствие метаболической деятельности соответствующих групп бактерий, использующих органические загрязнения в качестве питания. Необходимая поверхность тепло-, массообмена достигается за счет введения продольного оребрения с характеристиками, обусловленными эксплуатационными (наличие критической скорости) и конструктивными (технологии изготовления) ограничениями.

Реальная удельная поверхность иммобилизации может составлять 50-100 м23 и более. Компоновочное решение в виде единой сборки термосифонов с разделительной перегородкой позволяет обеспечить быстрый монтаж конструкции, а также ее извлечение из корпуса аппарата.

На фигуре 2 представлен ход температур рабочей среды (обрабатываемой жидкости, субстрата) вдоль тепломассообменной поверхности устройства для анаэробно-аэробной обработки концентрированных органических жидкостей. При отсутствии изотермических тепловодов в необогреваемом пространстве анаэробной зоны за счет теплоотвода в окружающую среду температура снижается на величину Δ Т а н п о т п р , при этом возможен выход температуры процесса из «эффективного» диапазона и, как следствие, снижение выхода биогаза и степени очистки потока. В то же время, в аэробной зоне прототипа температура возрастает на значение Δ Т а э б и о п р за счет выделения биологического тепла, при этом тепловая энергия бесполезно теряется с эффлюентом. При использовании заявляемого технического решения, за счет подведения тепловой энергии изотермическим тепловодом выходная температура потока в анаэробной зоне возрастает на величину Δ Т а н в ы х п р , соответственно, температура на выходе из аэробной зоны снижается на Δ Т а н в ы х п р . Таким образом, снижаются бесполезные потери в окружающую среду, повышаются степень очистки потока и и выход товарного биогаза.

Работоспособность конструкций «теплообменная поверхность - иммобилизирующая поверхность» подтверждена рядом работ. Так, в исследовании «The performance of a heat exchanger type anaerobic biofilm reactor» by Escalera C.R., Uchida S. Water Science technology, V.24, №5, установлено, что при температуре стенки теплообменника - анаэробного биореактора 25-37°C и температуре исходного потока 5-15°C эффективность удаления органических загрязнений составляет 70-98%.

Технический результат достигается тем, что устройство для анаэробной и аэробной обработки концентрированных органических жидкостей состоит из вертикального корпуса, в котором размещены разделенные горизонтальной перегородкой полости с анаэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания, аэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания и аэрации. Рабочее пространство зон заполнено иммобилизирующей насадкой и снабжено патрубками для ввода и вывода жидкости и отвода газообразных продуктов с возможностью их рециркуляции. Иммобилизирующая насадка выполнена в виде совокупности голых вертикальных стержней, заполненных легкокипящей жидкостью, причем наружная поверхность стержней по крайней мере в анаэробной зоне снабжена оребрением.

Принципиальная конструктивно-технологическая схема устройства для анаэробной и аэробной обработки концентрированных органических жидкостей представлена на фигуре 1. Аппарат состоит из вертикального герметичного корпуса 1, снабженного крышкой 2 и перегородкой 3. Перегородка 3 разделяет корпус 1 на анаэробную 4 и аэробную 5 зоны. Анаэробная зона 4 снабжена патрубками 6 и 7 для подведения и отведения жидкости и патрубком 8 отведения биогаза. Аэробная зона 5 снабжена патрубками 9 и 10 для подведения и отведения жидкости и патрубком 11 отведения газообразных продуктов метаболизма. Внутри аэробной и анаэробной зон размещены вертикально ориентированные тепло-, массообменные элементы - термосифоны 12, объединенные посредством перегородки 3 и скрепляющих элементов в единую легкоизвлекаемую сборку 13. Каждый термосифон, по крайней мере в анаэробной зоне 4, снабжен наружными ребрами 14 вертикального типа. Внутри герметичной полости термосифона 12 предусматривается легкокипящая жидкость, например фреон, которая при конденсации - испарении образует пленку 15. В свою очередь на поверхности ребер 14 и труб термосифонов 12 образуется биопленка, которая, вступая в биодинамический обмен с очищаемой средой, поглощает из нее органические и минеральные компоненты, кислород (в аэробной зоне) и выделяет в нее продукты метаболизма - биогаз (в анаэробной зоне), диоксид углерода (в аэробной зоне), избыточную биомассу. Часть активной микрофлоры располагается в свободном пространстве и также принимает активное участие в массообменных процессах. Аэробная зона 5 снабжена средствами аэрации 17. Предусматривается маневрирование потоками жидкости посредством распределительного устройства 18. При необходимости аппарат оснащается дополнительно средствами предварительной обработки субстрата, например реакторами аэробного, аноксидного или анаэробного гидролиза 19, механическими сгустителями 20. Анаэробный блок оснащается газохранилищем 21 и компрессором 22. Аэробный блок оснащается воздуходувкой 23. Биогаз для перемешивания подается в газораспределительное устройство 24. Наружная поверхность аппарата снабжается теплоизоляцией 25.

В анаэробно-аэробном режиме устройство функционирует следующим образом. Исходная сточная жидкость, образовавшаяся после обработки субстрата, например, бесподстилочного навоза, в реакторе гидролиза 19 и механическом сгустителе 20 поступает в анаэробную зону 4 герметичного корпуса 1 через патрубок 6 и вступает во взаимодействие с биопленкой, размещенной на поверхности ребер 14 и корпуса термосифона 12. В результате биохимических реакций происходит очистка жидкости от органических загрязнений, основная часть которых (до 90%) переходит в биогаз, отводимый через патрубок 8, и биопленку (не более 3%), которая, по достижении определенного возраста отторгается от поверхности, выносится с очищенной жидкостью и отделяется гравитационным способом. Поток жидкости распределяется вдоль поверхности сборки 13 таким образом, чтобы обеспечить равномерный контакт жидкости с биопленкой. Биогаз скапливается в верхней части аппарата под крышкой 2. При обработке субстрата с влажностью менее 99% в анаэробную зону 4 через газораспределительное устройство 24 подается биогаз компрессором 22 из газохранилища 21. Частично очищенная жидкость или дополнительный поток исходной сточной жидкости направляется в аэробную зону 5 корпуса 1, отделенную перегородкой 3 от анаэробной зоны 4, через распределительное устройство 18 и патрубок 9. Обработка производится активным илом и частично аэробной биопленкой. Основная масса загрязнений переходит в аэробную биомассу, которая частично выносится с очищенной жидкостью в аппарат гравитационного разделения известной конструкции (на схеме не показан). Аэробные условия создаются средствами аэрации 17, например фильтросной пластиной известного типа. Газообразные продукты метаболизма выводятся через патрубок 11.

Выделяющаяся в ходе аэробных биохимических реакций тепловая энергия через поверхность термосифона 12 передается легкокипящей жидкости, которая под действием сил гравитации стекает из верхней (конденсационной) зоны аппарата в виде пленки 15. В результате теплоподвода жидкость закипает, образовавшиеся пары с малой плотностью поступают в конденсационную зону, где передают тепловую энергию анаэробной биомассе (биопленке) 16. Образовавшийся в ходе тепломассобмена конденсат стекает в нижнюю (испарительную) зону, и далее процесс повторяется. Распределительное устройство 18 обеспечивает рециркуляцию аэробного и анаэробного потоков, а также, в случае необходимости, перевод режима функционирования устройства из анаэробно-аэробного в аэробно-анаэробный режим.

Предложенное устройство позволяет обрабатывать жидкости (фугаты, фильтраты, недосадочные жидкости) с высокой концентрацией органических загрязнений (до 5-60 г/л по ХПК) и эффективностью очистки (по ХПК) свыше 90%, причем, степень удаления загрязнений в анаэробной и аэробной зонах можно регулировать в зависимости от типа жидкости, энергообеспеченности производства и требований к глубине очистки.

При техническим обслуживании крышка 2 аппарата снимается, и сборка 13 может быть извлечена из корпусов 1 посредством известных подъемных средств.

Устройство для анаэробной и аэробной обработки концентрированных органических жидкостей, состоящей из вертикального герметичного корпуса, в котором размещены разделенные горизонтальной перегородкой полости с анаэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания, аэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания и аэрации, причем рабочее пространство зон заполнено иммобилизирующей насадкой и снабжено патрубками для ввода и вывода жидкости и отвода газообразных продуктов с возможностью их рециркуляции, отличающийся тем, что иммобилизирующая насадка выполнена в виде совокупности полых вертикальных стержней, заполненных легкокипящей жидкостью, причем наружная поверхность стержней по крайней мере в анаэробной зоне снабжена оребрением.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен способ селективного извлечения фосфора в форме биомассы из твердых материалов, содержащих тяжелые металлы и фосфаты.

Изобретение может быть использовано для биологической очистки сточных вод, содержащих аммоний, в том числе с температурой 7-25°C. Сточные воды направляют в аэротенк (3), в котором содержащийся в сточных водах аммоний превращают при заданной концентрации кислорода в элементарный азот.

Изобретение относится к области утилизации органических субстратов, не представляющих ценности в качестве исходного сырья для приготовления товарной продукции, в первую очередь органических удобрений.

Изобретение относится к обработке заводских сточных вод. Способ обработки заводских сточных вод, содержащих органические соединения, включает стадию предварительной обработки, на которой сточные воды 11, содержащие органические соединения, подают в бескислородный резервуар 1.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве в составе животноводческих и растениеводческих комплексов, жилищно-коммунальном хозяйстве (городских и поселковых сооружений биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод), перерабатывающих производствах.

Изобретение относится к области переработки органических субстратов влажностью 95-97% с концентрацией органического вещества не менее 20 г/л. Такими субстратами являются полужидкий и жидкий навоз, образующийся при самосплавном навозоудалении, первичный осадок и сгущенный активный ил из сооружений механобиологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод (на городских очистных сооружениях) и стоков после переработки сельскохозяйственной продукции.

(57) Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов. Источниками таких субстратов могут быть предприятия агропромышленного комплекса - животноводческие и птицеводческие комплексы (бесподстилочный навоз, помет), перерабатывающие предприятия.

Изобретение относится к способам биологической очистки хозяйственно-фекальных сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве при очистке городских и промышленных сточных вод.

Изобретение относится к устройствам для глубокой очистки бытовых сточных вод от отдельно стоящих зданий типа коттеджей, баз отдыха, больниц, санаториев, и может быть использовано для подготовки сточных вод к повторному использованию для нужд полива растений, моек и других потребностей отдельно расположенного жилья.

Переносная система обработки воды включает по меньшей мере одну подсистему для обработки воды, включающую систему флокуляции, систему хлорирования и систему биопесочной фильтрации.

Изобретение может быть использовано водоочистке. Исходная сточная вода по трубопроводу 1 поступает в первичный отстойник 2, где происходит ее осветление.

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к системам очистки воды. В капельном биофильтре, содержащем корпус, систему подачи сточной воды, распылительное устройство и загрузку, корпус выполнен в виде прямоугольного блока с двойным дном: верхним в виде колосниковой решетки и нижним - сплошным днищем, железобетонными стенками и крышей, а также содержит дозирующие баки для сточной воды, которая поступает через впускной патрубок системы подачи сточной воды на очистку, при этом высота междудонного пространства должна быть не менее 0,6 м, а дренаж биофильтра выполнен из железобетонных плит, уложенных на бетонные опоры, при этом общая площадь отверстий для пропуска воды в дренажную систему должна составлять не менее 5÷8% площади поверхности биофильтров, а скорость движения воды в них должна быть не менее 0,6 м/с, при этом система подачи сточной воды на очистку включает разветвленную сеть трубопроводов, на которых смонтированы распылительные устройства, равномерно расположенные над загрузкой биофильтра, причем уклон нижнего днища к сборным лоткам принимается не менее 0,01, продольный уклон сборных лотков - не менее 0,005, а стенки биофильтра выполнены из сборного железобетона и возвышаются над поверхностью загрузки на 0,5 м для уменьшения влияния ветра на распределение воды по поверхности фильтра, а материалом для загрузки биофильтров являются щебень и галька.

Изобретение касается способа очистки сточных вод с использованием активированного ила во взвешенном состоянии и установки для осуществления способа. В уравнивающий резервуар очистительной установки подводят сточные воды и после этого перекачивают в активационный резервуар.

Изобретение может быть использовано в устройствах порционной биохимической очистки сточных вод в жилых домах круглогодичного проживания. Для осуществления способа активный ил подвергают аэрации и подают в него питательный раствор, содержащий источник азота, источник фосфора и источник органического вещества.

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 биологической очистке фекально-бытовых стоков. .

Изобретение относится к устройствам, используемым на городских станциях аэрации для полного биохимического окисления бытовых сточных вод и близких к ним по составу производственных сточных вод.
Изобретение относится к технологии очистки сточных вод. Предложен способ аэробной биологической очистки сточных вод. Способ включает отстаивание сточной воды в первичном отстойнике и отделение от нее сырого осадка, аэробную биологическую очистку сточной воды активным илом в аэротенке, отстаивание смеси сточной воды и активного ила во вторичном отстойнике, вывод осажденного активного ила из вторичного отстойника, подачу возвратного активного ила в аэротенк для участия в биохимическом процессе окисления, вывод избыточного активного ила из вторичного отстойника и отвод очищенной воды из очистных сооружений. При этом избыточный активный ил подвергают гидромеханическому воздействию с интенсивностью 500-3000 Дж/кг микробной массы × с, 70-80% обработанного активного ила перемешивают с исходной сточной водой перед подачей ее в первичный отстойник, а 20-30% - со смесью сточной воды и активного ила, отводимой из аэротенка, перед подачей ее во вторичный отстойник. Процессы перемешивания указанных суспензий ведут в течение 10-20 мин с интенсивностью, соответствующей безразмерному коэффициенту Рейнольдса Re=2000-4000. Изобретение позволяет повысить качество очищенной сточной воды, уменьшить выход избыточного активного ила из очистных сооружений. 2 пр.

Изобретение относится к области природоохранной техники, в часности к сооружениям для подготовки к утилизации бесподстилочного навоза, помета на фермах, животноводческих, птицеводческих комплексах и к сооружениям для обработки осадков и других отходов механобиологической очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Устройство состоит из вертикального герметичного корпуса. В корпусе размещены одна под другой разделенные горизонтальной перегородкой полость с анаэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания, и полость с аэробной зоной, снабженной средствами газодинамического перемешивания и аэрации. Рабочее пространство зон заполнено иммобилизирующей насадкой и снабжено патрубками для ввода и вывода жидкости и отвода газообразных продуктов с возможностью их рециркуляции. Иммобилизирующая насадка выполнена в виде совокупности полых вертикальных стержней, заполненных легкокипящей жидкостью. Наружная поверхность каждого из стержней, по меньшей мере в анаэробной зоне, снабжена оребрением. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки с возможностью регулирования степени удаления загрязнений в анаэробной и аэробной зонах в зависимости от типа жидкости, энергообеспеченности производства и требований к глубине очистки. 2 ил.

Наверх