Устройство для утилизации органических отходов



Устройство для утилизации органических отходов
Устройство для утилизации органических отходов

 


Владельцы патента RU 2544700:

Кузнецов Владимир Петрович (RU)
Евдокимов Андрей Николаевич (RU)

Изобретение относится к сельскому хозяйству, пищевой перерабатывающей промышленности, а также к коммунальному городскому хозяйству. Изобретение предназначено для обеззараживания и последовательного фазного, анаэробного разложения измельченных биологических отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, птицы, человека и отходов производства пищевой перерабатывающей промышленности с получением биогаза и обеззараженных (от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян растений) минерализованных органических удобрений, а также биокормовых добавок. Устройство содержит цилиндрической формы резервуар, разделенный внутри попеременно не доходящими до низа и верха резервуара перегородками на проточные камеры ферментации с образованием над каждой их парой обособленных газовых секций, загрузочный и разгрузочный патрубки, нагреватели субстрата и присоединенный к газовым секциям газопровод. Цилиндрической формы резервуар имеет высоту, равную его диаметру, а его объем разделен коаксиальными перегородками на пять коаксиальных камер, объемы которых равны соответственно: 3, 3, 5, 74, 15% объема устройства, причем загрузочная камера расположена в центре устройства, а разгрузочная на периферии. Изобретение обеспечивает снижение потерь тепла, глубокую температурную пастеризацию сырья и его гидролиз в начале процесса, равномерную подачу сырья из камеры в камеру, минимизацию мертвых зон, ликвидацию температурных градиентов в объеме и, как следствие, получение более качественных биогаза и удобрений при одинаковых сроках утилизации сырья. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, пищевой перерабатывающей промышленности, а также к коммунальному городскому хозяйству. Изобретение предназначено для обеззараживания и последовательного фазного, анаэробного разложения измельченных биологических отходов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных, птицы, человека и отходов производства пищевой перерабатывающей промышленности с получением биогаза и обеззараженных (от патогенной микрофлоры, гельминтов их яиц и семян растений) минерализованных органических удобрений, а также биокормовых добавок. Изобретение может найти широкое применение для животноводческих и птицеводческих ферм, коммунальных служб городского хозяйства, а также для предприятий, перерабатывающих растительную и животную биомассу.

Известны устройства объемы, которых разделены перегородками на обособленные камеры, в каждой из которых размещена отдельно сложившаяся симбиозная группа микроорганизмов субстрата. В этих камерах протекает один из процессов анаэробного разложения сырья: гидролиз, нейтрализация, кислотная, щелочная и метановая фазы [1-7].

Все эти конструкции, организующие многостадийный процесс, описанные в работах [1-7], не обеспечивают высокоэффективный высокотемпературный процесс ферментации или требуют дополнительных источников тепла и из-за этого становятся нерентабельными, так как их конструкционные решения имеют большое отношение площади внешней поверхности к полному объему метантенка.

Известно другое устройство, емкость в виде цилиндра. Эта форма устройства позволяет минимизировать потребление тепла, а значит, в этом устройстве возможна реализация высокотемпературного анаэробного процесса [8]. В данном устройстве установлен диагональный теплообменник, который создает температурные поля с большими градиентами во всех камерах, что увеличивает тепловые потери и создает температурные мертвые зоны (зоны, где ферментация не идет). Из-за наличия температурных градиентов достичь сбалансированности в стадиях в таком устройстве сложно, а зачастую и невозможно.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату от его использования является известный способ анаэробной переработки органических отходов по патенту [9], в котором ферментация осуществляется последовательно и пофазно в режиме анаэробного сбраживания измельченных и разжиженных различных органических отходов. Устройство представлено емкостью, разделенной коаксиальной не доходящей до дна перегородкой в виде усеченного конуса, делящей емкость устройства на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания с подводом сырья во внешнюю камеру, где осуществляется кислая ферментации и отводом отработанного осадка из внутренней камеры.

Недостатками этого устройства являются большие потери тепла, несмотря на почти оптимальную форму. Так как кислая ферментация (требующая большего количества тепла и более быстро протекающая (24-48 часов), чем щелочная (120-240 часов)), расположена во внешней камере, и соответственно имеет большие потери тепла в окружающую среду. Это обстоятельство, в свою очередь, не позволяет пастеризовать субстрат, уменьшить объем камеры кислой ферментации и провести более глубокую переработку, а кроме того, двухкамерный режим менее эффективен по сравнению с четырех-, пятикамерным режимом.

Целью заявленного изобретения является: снижение потерь тепла, глубокая температурная пастеризация сырья и его гидролиз в начале процесса, обеспечение равномерной подачи сырья из камеры в камеру, минимизация мертвых зон, ликвидация температурных градиентов в объеме и, как следствие, получение более качественных биогаза и удобрений при одинаковых сроках утилизации сырья.

Поставленные цели достигаются тем, что: устройство для утилизации органических отходов имеет форму цилиндра, диаметр которого равен его высоте и разделен четырьмя коаксиальными цилиндрическими перегородками, создающими пять коаксиальных камер. Камеры располагаются от оси устройства к периферии и теплоизолируя друг друга. Первая загрузочная камера (высокотемпературная 65-75°C, в которой проходит гидролиз и пастеризация сырья) расположена в центре устройства и образована первой перегородкой. Объем этой камеры составляет 3% объема устройства. Вторая камера - кислой ферментации теплоизолирует первую камеру и образована первой и второй коаксиальными цилиндрическими перегородками. Объем этой камеры составляет 3% от объема устройства. Третья камера - нейтрализации теплоизолирует вторую камеру и образована второй и третьей коаксиальными цилиндрическими перегородками. Объем этой камеры составляет 5% от объема устройства. Четвертая камера - щелочного метанового брожения теплоизолирует третью камеру и образована третьей и четвертой коаксиальными цилиндрическими перегородками. Объем этой камеры составляет 74% от объема устройства. Пятая разгрузочная камера - накопления отработанного сырья образована четвертой коаксиальной цилиндрической перегородкой и корпусом устройства. Объем этой камеры составляет 15% от объема устройства. Устройство оснащено патрубками (4-8 шт.), соединяющими периферийную придонную часть (мертвая зона) четвертой камеры с серединой, по высоте, третьей камеры. Первая перегородка является теплообменником, нагревателем сырья в камере гидролиза и камере кислой ферментации до температуры 65-75°C, не доходит до пола устройства на 5%. Зазор, созданный таким образом, является проходом сырья из первой камеры во вторую. Вторая перегородка является теплообменником, рекуператором тепла и в камере 2 и 3 охлаждает сырье до температуры протекания процесса 43-55°C. Эта перегородка не доходит до потолка на 10%. Зазор, созданный таким образом, является уровнем перелива сырья из второй камеры в третью и объединяет верхнюю часть второй и третьей коаксиальные камеры, образуя первую коаксиальную газовую секцию. Первая коаксиальная газовая секция соединена с газопроводом клапаном, управляемым датчиком давления первой секции и датчиком уровня четвертой камеры. Третья перегородка, является ограждающей-сплошной, имеет на уровне пола обратные клапана, позволяющие проходить сырью только в четвертую камеру из третьей. Четвертая перегородка, теплообменник нагреватель поддерживает температуру процесса 43-55°C в четвертой камере, не доходит до потолка на 10%. Зазор, созданный таким образом, является уровнем перелива сырья из четвертой камеры в пятую разгрузочную камеру для сбора отработанного сырья, которая образована между четвертой перегородкой и корпусом устройства и является периферийной. Зазор четвертой перегородки объединяет верхнюю часть четвертой коаксиальной камеры и пятой, образуя вторую коаксиальную газовую секцию. Вторая коаксиальная газовая секция соединена с газопроводом клапаном, управляемым датчиком давления второй секции и датчиком уровня четвертой камеры. Диаметры перегородок соответствуют их объемам. Для удаления неорганических веществ (песка, камня, глины) первая камера оснащена коническим дном, в которое встроен шнек с затвором-выгружателем для удаления минеральных осадков.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На Рис. 1 показан коаксиальный разрез установки в вертикальной плоскости. На Рис. 2 показан горизонтальный разрез устройства на уровне обратных клапанов 18 перегородки 3. В состав устройства входит 1 - коаксиальная загрузочная камера высокотемпературной гидратации, 2 - коаксиальная камера кислой ферментации, 3 - коаксиальная камера нейтрализации и стабилизации сырья, 4 - коаксиальная камера щелочной ферментации, 5 - коаксиальная разгрузочная камера сбора отработанного сырья. Камеры образованы перегородками: 6 - первая подогревающая перегородка, 7 - вторая перегородка рекуперации тепла, 8 - третья перегородка с обратными клапанами - 16, 9 - четвертая перегородка, подогревающая сырье щелочной зоны. Устройство имеет цилиндрический 10 - корпус, высота которого равна его диаметру, 11 - вертикальный патрубок выгружающего коллектора - 12 для сбора отработанного сырья, 13 - коническое дно для улавливания неорганических частиц, 14 - привод шнека, 15 - шнек удаления неорганических частиц (песка, глины, камешков). Устройство оборудовано: 17 - патрубки, соединяющие периферийную придонную часть (мертвую зону) четвертой камеры с серединой по высоте третьей камеры, выход которых оснащен 18 - обратными клапанами, 19 - плоское дно устройства, 20 - потолочное перекрытие устройства, 21 - коллектор загрузки устройства, 22 - управляемые газовые клапана, 23 - датчики давления 28 - первой и 29 - второй коаксиальных газовых секций, 24 - датчик уровня субстрата. Устройство оснащено 25 - поплавковым перемешивателем. Устройство оснащено насосом - 26 и обратным клапаном - 27.

Устройство работает. Предварительно измельченный и доведенный до влажности 90-92% субстрат насосом 26 подается через обратный клапан 27 в загрузочную камеру гидролиза 1. Здесь субстрат нагревается до температуры 65-75°C потоком горячей воды, поступающей в коаксиальную перегородку 6. Далее субстрат, прошедший через зазор между полом и нижней кромкой перегородки 6, поступает в камеру кислой ферментации 2, в которой по мере брожения поднимается к поверхности и охлаждается перегородкой 7. Дном камеры гидролиза 6 служит коническая поверхность 13, заканчивающаяся грунтоудалителем в виде шнека 15, который приводит в движение привод 14. Из-за большей плотности неорганические частицы (глина, песок, камешки и металл) оседают в коническое дно 13, накапливаются в нем и в последующем удаляются. Так как процесс кислого брожения не критичен к температуре и вполне интенсивно протекает в широком температурном интервале от 40-65°C, то второй стенкой камеры 2 является коаксиальная (рекуперационная) перегородка 7. Субстрат из камеры кислого брожения 2 переливается через верхнюю кромку перегородки 7 в камеру нейтрализации 3, где продолжает охлаждаться до температуры процесса 43-55°C, разбавляется щелочной, богатой термофильными бактериями порцией субстрата, поступающей из камеры 4 по патрубкам 17, за счет организации избыточного давления биогаза в камере 4. Выделяющийся биогаз в камерах 2 и 3 поступает в коаксиальную газовую секцию 28, где накапливается и удаляется через клапан 22. Субстрат кислого брожения и обогащенные бактериями субстраты смешиваются и опускаются на дно камеры 3, откуда по обратным клапанам 16, установленным в коаксиальной сплошной перегородке 8, разделяющей камеру нейтрализации 3 и камеру щелочного брожения 4, перетекает в камеру щелочного брожения 4. Субстрат в объеме камеры щелочного брожения 4, который образован перегородками 8 и коаксиальной перегородкой-нагревателем 9 подогревается до температурного режима процесса 43-55°C. Перегородка 9 соединена герметично с дном устройства, а ее верхняя часть не доходит до потолка устройства на 10% его общей высоты. В этой камере субстрат сбраживается с выделением богатого метаном биогаза, который накапливается во второй коаксиальной газовой секции 29. По мере поступления в устройство новых порций субстрат переливается из камеры 4 в камеру сбора отработанного сырья 5. Выделяющийся биогаз создает избыточное давление и частично выдавливает до определенного уровня субстрат из камеры разгрузки 5 в коллектор-сборник 12 отработанного субстрата и из камеры 4 по патрубкам 17 и обратные клапана 18 в среднюю часть камеру нейтрализации. Как только в камере 4 уровень субстрата опустится до уровня задаваемого датчиком уровня 24, то клапан 22 камеры 4 открывается, а клапан 22 камеры 3 закрывается и биогаз, скапливаемый в коаксиальной секции 28 камеры 3, начинает выдавливать субстрат из камеры 3 в камеру 4 до тех пор, пока не сработает датчик уровня и не повторит процесс повторно. Благодаря этому уровень в камерах поочередно то повышается, то понижается, создавая колебания уровней в камерах 3 и 4, и обеспечивает совместно с поплавковым перемешивателем 25 разрушение корки и перемешивание субстрата. Биогаз через клапана 22 поступает по газопроводу в накопитель биогаза и после очистки от паров воды и серы поступает на когенерационную установку (на чертежах не показано).

Описанное устройство реализовано в виде макетной установки объемом 200 литров, которая создана на фермерском хозяйстве «Селяна» Кемеровской области. Установка показала высокую работоспособность и более чем приемлемые результаты: период утилизации отходов КРС или зеленой травы составил 7-10 дней; суточная загрузка варьирует от 5 до 22 литров подготовленного сырья; выход биогаза составил 2 м куб. на 75 литров сырья; содержание метана для навоза КРС составило 83%, для зеленой травы 86%; степень пастеризации сырья 99,9%; удобрения, полученные на установке, были испытаны на комнатных растениях, садовых томатах, перцах и редиске. Урожайность в сравнении с эталонными грядками возросла на 30-55%.

Источники информации

1. Патент РФ №2062299, С12М 1/107, 1991.12.24; Биореактор / Мезенко В.И.

2. Патент РФ №2098481, С12М 1/00, 1995.02.28; Бытовой метантенк / Тумченок В.И.

3. Патент РФ №2099414, С12М 1/107, 1995.01.17; Бытовой метантенк / Тумченок В.И.

4. Патент РФ №2099415, С12М 1/107, 1995.01.17; Бытовой аппарат метанового брожения/ Тумченок В.И.

5. Патент РФ №2148080, С12М 1/00, А01С 3/00, 1998.12.30; Установка метанового брожения/ Тумченок В.И.

6. Патент РФ №2234468, C02F 3/28, C02F 11/04, 2003.08.22; Метантенк / Андрюхин Т.Я.

7. Патент РФ №2254700, А01С 3/02, 2003.12.29; Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов / Софии Р.Г. и др.

8. Патент РФ №2335464, C02F 3/28, 2003.11.07. Ящик горизонтальный 4-камерный.

9. Патент РФ №2315721, C02F 3/28, C02F 11/04, 2006.04.03. Анаэробный ферментатор / Фон Норденскъельд Райнхард.

10. Патент РФ №2236106, А01С 3/00, C02F 11/04, 2003.03.27. Способ последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления / Андрюхин Т.Я.

1. Устройство для утилизации органических отходов, содержащее цилиндрической формы резервуар, разделенный внутри попеременно не доходящими до низа и верха резервуара перегородками на проточные камеры ферментации с образованием над каждой их парой обособленных газовых секций, загрузочный и разгрузочный патрубки, нагреватели субстрата и присоединенный к газовым секциям газопровод, отличающееся тем, что цилиндрической формы резервуар имеет высоту, равную его диаметру, а его объем разделен коаксиальными перегородками на пять коаксиальных камер, объемы которых равны соответственно: 3, 3, 5, 74, 15% объема устройства, причем загрузочная камера расположена в центре устройства, а разгрузочная на периферии.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая перегородка нагревает субстрат, вторая охлаждает субстрат до температуры ферментации, третья перегородка оснащена обратными клапанами, пропускающими субстрат из третьей камеры в четвертую, четвертая перегородка нагревает субстрат и поддерживает ферментацию.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оснащено патрубками, соединяющими периферийную придонную часть четвертой камеры с серединой по высоте третьей камеры, а выходы из патрубков оснащены обратными клапанами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем образованы над второй и третьей, четвертой и пятой камерами две коаксиальные газовые секции, которые соединены с газопроводом клапанами, управляемыми датчиками давления этих секций и датчиком уровня четвертой камеры.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в первой камере установлено коническое дно, в которое встроен шнек для удаления минеральных осадков с затвором-выгружателем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области переработки и утилизации органических отходов путем сбраживания биомассы для получения биогаза и удобрения, в том числе в зонах с холодным климатом.

Группа изобретений может быть использована для переработки осадков, образующихся при очистке городских и промышленных сточных вод, с получением негниющего осадка и электрической энергии.
Изобретение относится к области биотехнологии и охраны окружающей среды и может быть использовано в производстве биогаза при сверхнормативном закисании сбраживаемых масс.

Изобретение может быть использовано для биологической обработки сточных вод. Реактор (1) с восходящим потоком содержит бак (2) реактора, трубопроводы (31-34), распределитель (3) сточных вод, флотационные разделители (10, 20) для разделения воды (7) реактора, биомассы (8) и биогаза (9), сборное устройство (4) и газоотделитель (6) для разделения биомассы (8) и биогаза (90).

Биореактор включает реакторную емкость, имеющую смесительную камеру, отделенную перегородкой от реакционной камеры, размещенную в основном над смесительной камерой, причем смесительная камера имеет впускную систему для входящего потока или смеси входящего потока и рециркулированного материала, причем впускная система имеет выпускное отверстие в смесительной камере.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к биоэнергетике. Анаэробный реактор содержит корпус с камерами гидролизного и метанового брожения, устройства загрузки и перемешивания субстрата в камерах, гидравлический затвор и колонну для обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для производства биогаза из естественных отходов животноводства и птицеводства малых и средних фермерских предприятий.

Септик // 2424986
Изобретение относится к сооружениям для естественной биологической обработки сточных вод и может быть использовано в отдельно стоящих домах индивидуальной застройки, коттеджах с численностью проживания 2-7 человек.

Изобретение относится к устройству для анаэробной биологической очистки сточных вода, к которому сточная вода подводится по подводящему трубопроводу и из которого очищенная сточная вода выходит по отводящему трубопроводу, а образовавшийся газ выходит по газоотводящему трубопроводу, с основной камерой, в которую в нижней зоне подводится подлежащая очистке сточная вода и из которой в вышерасположенной противолежащей зоне выходит, по меньшей мере, один поднимающий трубопровод для отвода образующегося газа и очищенной, содержащей частицы ила сточной воды, который входит в рециркуляционный резервуар для разделения газа и очищенной, содержащей частицы ила сточной воды, и выходное отверстие которого в рециркуляционном резервуаре находится выше его входного отверстия в основной камере.

Изобретения могут быть использованы в области переработки органических субстратов с относительной влажностью 90-98%, в том числе хозяйственных и близких к ним по составу производственных сточных вод, навоза домашних животных, помета птицы, осадков и илов.

Изобретение предназначено для анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства и может быть использовано для получения биогаза, органических удобрений и кормовой биологической добавки.

Изобретение относится к области переработки и утилизации органических отходов путем сбраживания биомассы для получения биогаза и удобрения, в том числе в зонах с холодным климатом.

Изобретение относится к биоэнергетике и может быть использовано качестве универсального метантенка для переработки навоза животных, птиц, бытовых и сельскохозяйственных отходов в метан и в органическое удобрение.

Изобретение относится к способам переработки органических отходов с использованием биотехнологических процессов с получением при этом биогаза. Способ получения биогаза включает предварительную обработку органического субстрата путем доведения до влажности 92% с последующим измельчением, введение катализатора, сбраживание в анаэробной среде, сбор биогаза.

Группа изобретений может быть использована для переработки осадков, образующихся при очистке городских и промышленных сточных вод, с получением негниющего осадка и электрической энергии.

Изобретение относится к переработке органических отходов с использованием биотехнологических процессов и получению биогаза. Способ получения биогаза из экскрементов животных включает предварительную обработку органического субстрата путем доведения его до влажности 90% с последующим измельчением субстрата до размера частиц от 0,5 до 0,7 см.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для переработки органического сырья. Установка включает систему подачи исходного сырья (1), анаэробный биореактор (2), нагреватель биомассы, систему отвода биогаза (3), систему удаления биомассы (7), систему управления технологическим процессом (6).
Изобретение относится к области биотехнологии и охраны окружающей среды и может быть использовано в производстве биогаза при сверхнормативном закисании сбраживаемых масс.

Изобретение может быть использовано для биологической обработки сточных вод. Реактор (1) с восходящим потоком содержит бак (2) реактора, трубопроводы (31-34), распределитель (3) сточных вод, флотационные разделители (10, 20) для разделения воды (7) реактора, биомассы (8) и биогаза (9), сборное устройство (4) и газоотделитель (6) для разделения биомассы (8) и биогаза (90).

Изобретение относится к области производства биогаза методом анаэробного метанового сбраживания. Предложен биоэнергетический комплекс получения биогаза и гранулированного биотоплива. Комплекс включает биопруд и модуль получения газообразного биотоплива, с последовательно соединенными патрубками подачи биомассы измельчителем, гомогенизатором и биореактором. Биореактор состоит из, по меньшей мере, одного метантенка, газовый выход которого через газгольдер и компрессор соединен с энергоблоком. В качестве герметичных емкостей метантенков используются оснащенные трубной системой нагрева резервуары, выполненные из композитных эластомеров с полиуретановым или поливинилхлоридным двусторонним покрытием. Резервуары соединены патрубками с системой гидроперемешивания. Измельчитель снабжен приемным бункером, а выход отработанной биомассы биореактора снабжен приемной емкостью. Комплекс дополнен модулем изготовления пеллет, с возможностью его работы в режиме изготовления пеллет из выращенной в биопруду зеленой растительной массы или в режиме изготовления пеллет из биомассы, отработанной в реакторе. Модуль изготовления пеллет состоит из блока отжима, при этом патрубок отвода жидкости блока отжима соединен с возможностью регулировки с гомогенизатором модуля получения газообразного биотоплива или биопрудом. Выход твердой фракции блока отжима соединен с гранулятором, выход которого соединен с линией упаковки двух видов пеллет. Изобретение позволяет осуществлять глубокую дегазацию органической массы, повысить выход биогаза, рентабельность биогазовых установок при производстве электроэнергии в диапазоне малой мощности от 10 кВт/ч до 500 кВт/ч, расширить функциональные возможности, обеспечить мобильность и работоспособность комплекса в любых климатических условиях. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх