CS216376B1

CS216376B1 - A method of flowing anaerobic biological treatment of liquids containing organic matter in which biogas and biological sludge are produced and apparatus for carrying out the process

Info

Publication number: CS216376B1
Application number: CS804271A
Authority: CS
Inventors: Svatopluk Mackrle; Vladimir Mackrle; Oldrich Dracka
Original assignee: Svatopluk Mackrle; Vladimir Mackrle; Oldrich Dracka
Priority date: 1980-06-17
Filing date: 1980-06-17
Publication date: 1982-10-29

Abstract

Způsob průtočného anaerobního biologické ho zpracování kapalin obsahujících orga nické látky, při kterém je produkován bio plyn a biologický kal a zařízení k prová dění tohoto způsobu. Biologický kal je oddělován od kapaliny fluidní filtrací a je samočinně vracen do anaerobního bio logického procesu. Zařízení obsahuje fer- mentační prostor, k němuž je přiřazen separační prostor a fluidním filtrem a mezi ně je zařazen komunikačně odplyno- vaoí systém.Method of continuous anaerobic biological treatment of liquids containing organic substances, in which biogas and biological sludge are produced, and apparatus for carrying out this method. The biological sludge is separated from the liquid by fluid filtration and is automatically returned to the anaerobic biological process. The apparatus comprises a fermentation space, to which is assigned a separation space and a fluid filter, and a communicating degassing system is included between them.

Description

Vynález ee týká způsobu průtočného anaerobního biologického zpracování kapalin obsahujících organické látky, při němž je produkován bioplyn a biologický kal a zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a process for the continuous anaerobic biological treatment of liquids containing organic matter, wherein biogas and biological sludge are produced and apparatus for carrying out the process.

Způsob jo zvláště vhodný pro energeticky výhodné zužitkování odpadních kapalin s vysokým obsahem organických látek, např. kejdy hospodářských zvířat nebo koncentrovaných odpadníoh vod chemického a potravinářského průmyslu, anaerobní biodegradací organických látek na bioplyn.The method is particularly suitable for the energy-efficient recovery of waste liquids with a high content of organic substances, eg livestock manure or concentrated waste water from the chemical and food industry, by anaerobic biodegradation of organic substances to biogas.

Výroba bioplynu anaerobními procesy biodegradace organických látek v kapalinách je známá. Nejčastěji je používán jednoduchý průtočný anaerobní fermentor, s tokovým uspořádáním, ideálně míchané nádrže, do kterého surová kapalina kontinuálně přitéká a po proběhnutí procesu opět kontinuálně odtéká. Je známá i modifikace tohoto prooesu, kdy z odtékající kapaliny je sedimentací oddělován kal, který v biologickém procesu vzniká a jeho část Je přečerpávána zpět do míchaného fermentoru. Dále je znám fermentor, obsahující pevnou filtrační vrstvu - obdobnou jako u aerobních sklápěných biofiltrů, přes kterou ze zdola nahoru proudí kapalina za nepřístupu vzduchu, přičemž v části objemu mezer náplně filtru jo fixován biologický kal, který při styku s protékající kapalinou biodegraduje organická látka.Biogas production by the anaerobic processes of biodegradation of organic substances in liquids is known. Most often, a simple flow anaerobic fermenter is used, with a flow arrangement, ideally of a stirred tank, into which the raw liquid continuously flows and again flows continuously after the process. A modification of this process is also known, where the sludge that is produced in the biological process is separated from the effluent by sedimentation and part of it is pumped back to the stirred fermenter. Furthermore, a fermenter is known comprising a solid filtration layer - similar to aerobic collapsible biofilters, through which liquid flows from bottom to top in the absence of air, whereby a biological sludge is fixed in part of the void volume of the filter filling which biodegrades the organic matter.

Nevýhodou prostého průtočného míchaného fermentoru jo jeho malý výkon v důsledku poměrně nízké koncentrace - řádově v jednotkách kg.m - biologického kalu a tedy i mikroorganismů v něm obsažených produkujících bioplyn. U fermentoru s pevnou filtrační vrstvou lze ve filtrační vrstvě sice dosáhnout vysoké koncentrace biologického kalu (ažThe disadvantage of a simple flow stirred fermenter is its low output due to the relatively low concentration - of the order of kg.m - of biological sludge and thus of the microorganisms contained therein producing biogas. In the case of a fixed-bed fermenter, a high concentration of biological sludge (up to

O coa 20 kg m ), avšak nevýhodou tohoto systému je omezená výška filtrační náplně max, coa 1 a, nebot při vyšší výšce náplně dochází k vyplavování biologického kalu z horní části filtrační vrstvy proudem produkovaného plynu, U větších zařízení vede toto omezení k nevhodné konfiguraoi aparátu, vzhledem k nepoměru ploohy a výšky zařízení.20 kg m), but the disadvantage of this system is the limited filtering height max, coa 1 a, since at higher filling the biological sludge is washed out of the upper part of the filtering layer by the gas produced. apparatus, due to the disproportion of surface and height of the device.

V případě průtočného míchaného fermentoru s následující sedimentací a reoirkulací části odseparovaného kalu přečerpáváním zpět do fermentoru, lze sice oproti prostému průtočnému míchanému fermentoru zvýšit koncentraci biologického kalu, nicméně dosažitelná objemová koncentrace je podstatně nižší nežli u fermentoru s filtrační náplní - cca 3 až 6 kg.m“ . Toto omezení je důsledkem toho, že zvyšování koncentrace by vyžadovalo v tomto případě zvětšování sedimentačního prostoru a prodlužování doby zdržení kalu v něm, což je však limitováno flotací kalu v sedimentační nádrži při delším zdržení kalu, v důsledku tvorby bioplynu. Kromě toho zvětšování sedimentace je náročné i ekonomicky. Další nevýhodou je i spotřeba energie na zpětné přečerpávání kalu.In the case of a continuous stirred fermenter followed by sedimentation and re-recirculation of a part of the separated sludge by pumping back into the fermenter, the biological sludge concentration can be increased compared to a simple continuous stirred fermenter, but the achievable volume concentration is considerably lower than a fermenter with filtering - about 3 to 6 kg. m '. This limitation is due to the fact that increasing the concentration in this case would require an increase in the sedimentation space and an extension of the sludge residence time therein, but this is limited by flotation of the sludge in the sedimentation tank with a longer sludge retention due to biogas formation. In addition, increasing sedimentation is also costly. Another disadvantage is the energy consumption for sludge re-pumping.

Vynález si klade za cíl odstranění nebo alespoň podstatná omezení uvedených nedostat ků.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to eliminate or at least substantially limit said drawbacks.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že biologický kal Je oddělován od kapaliny fluidní filtrací a samočinně vracen do anaerobního biologického procesu.The principle of the process according to the invention is that the biological sludge is separated from the liquid by fluid filtration and automatically returned to the anaerobic biological process.

Podstata zařízení k provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že k fermentačníThe essence of the apparatus for carrying out the method according to the invention is that it is fermentation

216 376 au prostoru je přiřazen separační prostor a fluidním filtre· a mezi nč je zařazen komunikačně odplyňovací systém, přičemž fermentační prostor je od separačního prostoru a tím i od prostředí volné atmosféry oddělen dělící stěnou.216 376 and a separation space and fluid filters are assigned to the space and a communication degassing system is included between them, the fermentation space being separated from the separation space and thus from the atmosphere of the free atmosphere by a partition wall.

Podle vynálezu je separační prostor vymezen jednak kuželovitou dělícíc stěnou o otvorem, jímž prochází epodní část komunikačně odplyňovacího systému a tvořícím současně jeho vratnou pasáž, jednak dělící přepážkou, v níž jeou vytvořeny sběrné otvory, jejíž střechovou částí prochází horní část komunikačně odplyňovacího systému a jež je ve své epodní části napojena na odvod kalové vody.According to the invention, the separation space is delimited both by a conical partition wall with an opening through which the epode part of the communication degassing system and forming its return passage passes, and by a separating partition in which collecting openings are formed. in its epode part connected to drainage of sludge water.

Výhodné je řešení, u něhož komunikačně odplyňovací systém je tvořen odplyňovací trubicí procházející separačnúa prostorem a zasahující částečně do fermantačního prostoru, kde na její epodní konec navazuje usměrňovači nástavec a v separačním prostoru je kolem odplyňovací trubice a tuto obklopujícím pláštěm vytvořen přepouětěcí prostor přecházející ve své spodní části jednak do vstupní pasáže, jednak do vratné pasáže a navazující svou horní, zužující se částí, na alespoň jeden přepouětěcí otvor odplyňovací trubice, která je ve své horní části opatřena odběrem bioplynu a otevíracím víkem, přičemž ve spodní středové části fermentačního prostoru je uspořádáno mechanické míchadlo a usměrňovači vložka.Advantageously, the communication degassing system is formed by a degassing tube extending through the separation space and extending partially into the fermentation space, where a rectifier extends at its epode end and a transfer space is formed around the degassing tube and surrounding enclosure in its separating space. portions to the entrance passage and to the return passage and connected by its upper, narrowing part to at least one overflow opening of the degassing tube, which is provided in its upper part with biogas extraction and an opening lid, with mechanical arrangement in the lower middle part of the fermentation space stirrer and baffle.

Z hlediska snadné údržby je výhodné, je-li mechanické míchadlo uspořádáno na vodících tyčích, procházejících odplyňovací trubicí, jejíž vnitřní průměr je větší než je vnější průměr mechanického míchadla.For ease of maintenance, it is advantageous if the mechanical stirrer is arranged on guide rods passing through the degassing tube, the inner diameter of which is greater than the outer diameter of the mechanical stirrer.

Jiným vhodným řešením je provedení, u něhož komunikační odplyňovací systém je tvořen Odplyňovací trubici, procházející separačním prostorem a zasahující částečně do fermentačního prostoru, kde prochází trubkovým nástavcem, navazujícím na spodní okraj dělící stěny a kde má vyvedeny aleepoň jeden boční průchod, jehož ústí je uspořádáno proti směru proudění kapaliny ve fermentačním prostoru a je zakončena dnem se spodním průchodem, pod nímž je clona, přičemž v separačním prostoru je kolem odplyňovací trubice a tuto obklopujícím pláštěm vytvořen přepouštěoí prostor, přecházející vo své spodní části jednak do vstupní pasáže, jednak do vratné pasáže a navazující svou horní, zužující ee částí, na aleepoň jeden přepouštěoí otvor odplyňovací trubice, která je ve své horní části opatřena odběrem bioplynu a otevíracím víkem, přičemž ve epodní části fermentačního prostoru jeou u pláště uspořádány rozdělovači elementy.Another suitable solution is an embodiment in which the communication degassing system comprises a degassing tube extending through the separation space and extending partially into the fermentation space where it passes through a tubular extension adjoining the lower edge of the partition wall and having at least one side passage therethrough. upstream of the bottom passage, under which there is an orifice, in the separation space a discharge space is formed around the degassing tube and the surrounding casing, which at its lower part passes into both the entrance passage and the return passage and adjoining its upper, tapering part to at least one discharge opening of the degassing tube, which in its upper part is provided with a biogas withdrawal and an opening lid, wherein in the lower part of the fermentation space is The distribution elements are arranged at the housing.

U tohoto provedení je žádoucí napojit rozdělovači elementy přee dmychadlo na odběr bioplynu.In this embodiment, it is desirable to connect the distribution elements via a biogas take-off blower.

Z hlediska zabezpečení velmi dobré funkce separace je v plášti vytvořen aleepoň jeden odplyňovací otvor, nad nímž je na vnější straně pláště vytvořena stříška.In order to ensure a very good separation function, at least one degassing opening is provided in the housing, above which a roof is formed on the outside of the housing.

Pro dosažení snadného seřízení optimálního praoovního režimu je odplyňovací trubice opatřena hradítkovýa regulátorem pro změnu velikosti přepouátěcích otvorů.For easy adjustment of the optimum Prao mode, the degassing tube is provided with a damper regulator to change the size of the overflow openings.

Příkladné zařízení je schematicky zobrazeno na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje podélný osový řez zařízením e mechanickým míchadlem a obr. 2 podélný osovýAn exemplary device is shown schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a longitudinal axial section of the device e with a mechanical stirrer, and Fig. 2 is a longitudinal axial axis.

216 376 řez zařízením s mícháním za použití mamutkového efektu.216 376 cross-section through a mammoth effect mixing apparatus.

Zařízení zobrazené na obr. ^představuje monoblokový fermentor, sdružující v jediné vertikální nádrži válcovým pláštěm χ a dnem 100 fermentační prostor 2 a separační prostor χ. Separační prostor 2 zaujímá horní část nádrže fermentoru a je od fermentačního prostoru 2, oddělen dělící stěnou £ trychtýřovitého tvaru, která současně odděluje fermentační prostor 2 se shora od volné atmosféry.The apparatus shown in FIG. 1 is a monoblock fermenter, combining in a single vertical tank a cylindrical shell χ and a bottom 100 a fermentation space 2 and a separation space χ. The separation space 2 occupies the upper part of the fermenter tank and is separated from the fermentation space 2 by a funnel-shaped partition wall 6 which simultaneously separates the fermentation space 2 from above from the free atmosphere.

Permentační prostor 2 je vybaven přítokem 2 surové kapaliny, odběrem 6 produkovaného bioplynu, topným tělesem X, vypouštěcím potrubím 38 a zařízením pro míchání obsahu fermentačního prostoru 2. U zařízení, které je zobrazené na obr. 1, je pro míohání použito ponorné mechanické míchadlo 8. Pro vytažení mechanického míchadla 8 nad hladinu 10 fermentoru slouží vodící tyče 2, ke kterým je mechanické míchadlo 8 připevněno. Do dolní části fermentačního prostoru 2 je vložena usměrňovači vložka 28 pro dosažení žádoucího proudění v této oVlasti. Do fermentačního prostoru 2 je též zavedeno odběrní potrubí 29 odkalovacího čerpadla 30 s výtlakem 31.The perment space 2 is equipped with a raw liquid inlet 2, a biogas collection 6, a heating element X, a discharge line 38 and a device for mixing the contents of the fermentation space 2. In the apparatus shown in FIG. The guide rods 2 to which the mechanical stirrer 8 is attached are used to pull the mechanical stirrer 8 above the level 10 of the fermenter. A baffle 28 is inserted into the bottom of the fermentation chamber 2 to achieve the desired flow in the region. The sampling line 29 of the sludge pump 30 with a displacement 31 is also introduced into the fermentation space 2.

Separační prostor 2 je propojen s fermentačním prostorem X odplynovacím systémem, sestávajícím z odplyňovací trubice IX, která je umístěna centrálně a která prochází vertikálně celým separačním prostorem 2 a z přepouštěclho prostoru 12. Propouštěcí prostor 12 je tvořen válcovým pláštěm 13 s kónickým zúžením 14 v horní části, kterým navazuje přepouštěcí prostor 12 na odplyňovací trubici 11.The separation space 2 is connected to the fermentation space X by a degassing system consisting of a degassing tube IX which is centrally located and extends vertically through the entire separation space 2 and from the discharge space 12. The discharge space 12 is formed by a cylindrical shell 13 with a conical constriction 14 at the top by which the transfer space 12 is connected to the degassing tube 11.

Odplyňovací trubice 11 je ukončena otevíracím víkem 32 a je opatřena odběrem 22 bioplynu. Průřez odplyňovací trubice 11 je volen tak, aby umožňoval vytažení ponorného mechanického míohadla 8. Odplyňovací trubice 11 komunikuje s horní zúženou části přepouštěcího prostoru 12 přepouětěcíai otvory 12, přičemž jejioh poloha je volena tak, aby na jejich přelivní hraně došlo k maximální změně ve směru proudění - prakticky e 180°. K regulaci velikosti průtočné plochy přepouštěcích otvorů 15 slouží např. známý hradítkový regulátor 1,6. Spodní hrana 17 válcového plášjě 13 spolu s děliči stěnou £ vymezuje vstupní pasáž 18 do fluidního filtru separačního prostoru 2· válcovém plášti 13 je osazena stříška 39 a pod ní je ve válcovém pláěti 13 vytvořen odplyňovací otvor £0. Vo spodní části trychtýřovitého separačního prostoru 2 Je vratná pasáž 12, vymezená spodním okrajem dělící stěny £ a protilehlým pláštěm odplyňovací trubice 11.The degassing tube 11 terminates with an opening lid 32 and is provided with a biogas withdrawal 22. The cross-section of the degassing tube 11 is selected to allow the submersible mechanical propeller 8 to be pulled out. The degassing tube 11 communicates with the upper constricted portion of the transfer space 12 through the overflow openings 12, its position selected so as to maximize their flow direction - practically e 180 °. For example, the known damper regulator 1.6 serves to control the size of the flow area of the through holes 15. The lower edge 17 of the cylindrical casing 13 together with the partition wall 8 defines an inlet passage 18 into the fluid filter of the separation space 2 of the cylindrical casing 13 is fitted with a roof 39 and a degassing aperture 60 is formed underneath it. In the lower part of the funnel-shaped separation space 2 there is a return passage 12, defined by the lower edge of the partition wall 6 and the opposite jacket of the degassing tube 11.

Pod vratnou pasáži 19 ve fermentačním prostoru 2 je na odplyňovaoí trubici 11 nasazen usměrňovači nástavec 20, jehož tvar a rozměry jsou voleny tak, aby odstiňoval proudění ve fermentačním prostoru 2 od výstupu vratné paeáže 12. V horní části separačního prostoru 2 Je umístěn sběrný systém kalové vody a vyflotovaného kalu, sestávající z trychtýřovité dělící přepážky 21 opatřené sběrnými otvory 22, z odvodu 23 kalové vody ze spodní části dělící přepážky 21, a z regulátoru 24 hladiny, který je oýatřen přelivem 22, fixujícím hladinu 10 ve fermentoru, odběrem 26 kalové vody a odběrem 27 vyflotovaného kalu.Below the return passage 19 in the fermentation chamber 2, a deflection extension 20 is mounted on the degassing tube 11, the shape and dimensions of which are chosen to block the flow in the fermentation chamber 2 from the exit of the return bail 12. water and flotated sludge, consisting of a funnel-shaped separating partition 21 provided with collecting openings 22, a sludge water outlet 23 from the bottom of the separating partition 21, and a level regulator 24 which is treated with a spillway 22 fixing the fermenter level 10, by taking 27 flotated sludge.

Při použití mamutkového způsobu míchání obsahu fermentačního prostoru 2 «cirkulovaným bioplynem je nezbytné modifikovat některé čáeti fermentoru, zejména odplyňovaoí Bys4When using a mammoth method of mixing the contents of the fermentation space 2 with circulating biogas, it is necessary to modify some parts of the fermenter, in particular Bys4 degassing.

216 376 téa.216 376.

Na obr. 2 je zobrazen fermentor při použití mamutkového míchání. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že odplyňovací trubice X je ve fermentačnía prostoru 2, zakončena kónicky se zužujícím dnem 41 s průchodem 36. Vratná pasáž 19 je prodloužena trubkovým nástavcem 42. Nade dnen 41 komunikuje odplyňovací trubice 11 bočními průchody 34 vedenými přes vratnou pasáž 19 s fermentačnía prostorem 2 tak, že ústí 35 průchodů 34 jsou orientovány tak, aby umožňovaly vstup části proudu ve fermentačnía prostoru 2 do průchodu 34. aFig. 2 shows a fermenter using mammoth agitation. The main difference is that the degassing tube X is in the fermentation chamber 2, terminating in a conically tapered bottom 41 with a passage 36. The return passage 19 is extended by a pipe extension 42. Above the bottom 41 the degassing tube 11 communicates through side passages 34 through the return passage 19 with the fermentation space 2 such that the orifices 35 of the passages 34 are oriented so as to allow a portion of the stream in the fermentation space 2 to enter the passage 34, and

Pod vratnou pasáží 19 je umístěna clona 37. K dosažení potřebného míchání je použito dmychadla 43 na stlačení bioplynu a známých rozdělovačích elementů 44. umístěných u dna na obvodu fermentačního prostoru 2.. V takovém případě je proudění ve fermentačním prostoru 2 opačné nežli je zobrazeno na obr. 1, směřuje u pláště X vzhůru a klesá středem fermentačního prostoru <2 dolů. U mamutkového míchání není pak nutná usměrňovači vložka 28.A diaphragm 37 is placed under the return passage 19. To achieve the necessary mixing, a biogas blower 43 and known distribution elements 44 are provided at the bottom at the periphery of the fermentation chamber 2. In this case, the flow in the fermentation chamber 2 is opposite to that shown in FIG. 1, points upwardly at the jacket X and sinks down the center of the fermentation space <2. For mammoth agitation, a baffle 28 is not required.

Zařízení podle vynálezu není nikterak omezeno pouze na popsaná příkladná zařízení.The device according to the invention is by no means limited to the described exemplary devices.

Lze pro míchání ve fermentačním prostoru 2 použít různá jiná zařízení a vhodně upravit vstup do odplyňovací trubice 11 a vyústění vratné pasáže 19 podle lokálního proudění v okolí uvedeného vstupu a vyústění.Various other devices may be used for mixing in the fermentation chamber 2 and suitably adjust the inlet to the degassing tube 11 and the outlet of the return passage 19 according to the local flow around said inlet and outlet.

Je účelné, aby vstup do odplyňovací trubice 11 byl nasměrován proti směru lokálního proudění a vyústění vratné pasáže 19 bylo nasměrováno ve směru lokálního proudění. Uspořádání uvedeného vstupu a vyústění podle obr. 1 je proto obecně shodné pro směr lokálního proudění se složkou zespoda nahoru, uspořádání uvedeného vstupu a vyústění podle ebr. 2 pro směr lokálního proudění se Složkou shora dolů.It is expedient for the inlet to the degassing tube 11 to be directed against the local flow direction and the orifice of the return passage 19 to be directed in the local flow direction. The arrangement of said inlet and orifice of FIG. 1 is therefore generally identical for the local flow direction with the component from bottom to top, the arrangement of said inlet and orifice according to FIG. 2 for local flow direction with Component from top to bottom.

Tak např. při použití centrální lopatkové turbiny pro míchání obsahu fermentačníhe prostoru 2 je vhodné uspořádání zmíněného vstupu a vyústění podle obr. 2, protože lopatková turbina kapalinu středem saje a radiálně Ji vytlačuje, takže jí vytvořené proudění ve fermentačním prostoru 2 by mělo v okolí uvedeného vstupu a vyústění složku směřující dolů.For example, when using a central turbine turbine to mix the contents of fermentation chamber 2, the inlet and orifice arrangement of FIG. 2 is suitable, since the turbine turbine displaces the fluid through the center of the suction and radially expels it. the inlet and outlet of the component pointing downwards.

Popsané zařízení je určeno pro výrobu bioplynu anaerobním biologickým zpracováním kapalin s vysokým obsahem biodegradovatelnýcb organických látek. Jako příklad může posloužit výroba bioplynu z kejdy hospodářských zvířat, ze silážních štáv a z některých odpadních vod chemického a potravinářského průmyslu s vysokým obsahem organických látek.The described device is intended for biogas production by anaerobic biological treatment of liquids with a high content of biodegradable organic substances. Examples include biogas production from livestock manure, silage juices and certain wastewater from the chemical and food industry with a high organic content.

Anaerobní věžový fermentor zobrazený na obr. 1 pracuje následovně:The anaerobic tower fermenter shown in Fig. 1 operates as follows:

Přítokem 2 vstupuje surová kapalina do uzavřeného fermentačního prostoru 2, který zaujímá spodní část válcové vertikální nádrže s pláštěm χ, kde za nepřístupu kyslíku probíhají anaerobní procesy biodegradace organické hmoty na bioplyn - směs CH^ a COg.Through the inflow 2, the raw liquid enters the closed fermentation space 2, which occupies the lower part of the cylindrical vertical tank with the casing χ, where in the absence of oxygen the anaerobic processes of biodegradation of organic matter to biogas - a mixture of CH4 and COg.

Podmínkou účinného průběhu anaerobního procesu je mimo jiné optimální teplota cca *0, která je udržována přívodem tepla topnou spirálou X ve fermentačním prostoru 2.The condition of the effective course of the anaerobic process is, inter alia, an optimum temperature of about * 0, which is maintained by the heat supply through the heating coil X in the fermentation space 2.

Jako zdroj tepla pro vyhřívání fermentoru může sloužit spalování části produkovaného bioplynu. Další velmi důležitou podmínkou intenzivního průběhu anaerobní biodegradace je dokonalé promísení vstupující surové kapaliny s obsahem fermentačního prostoru <2.The combustion of part of the biogas produced can serve as a heat source for the fermenter heating. Another very important condition for the intensive course of anaerobic biodegradation is the perfect mixing of the incoming raw liquid with a fermentation space <2.

216 376216 376

Vlastní příčinou anaerobních biodegradačníeh procesů jsou mikroorganismy, vytvářející větší shluky - částice vločkovité suspense - obdobné s částicemi aktivovaného kalu při anaerobních čistících procesech. K udržení těchto částic anaerobního aktivovaného kalu ve vznosu a pro dokonalé promíchání přitékající kapaliny v objemu fermentačního prostoru 2 je zajištěno intenzivní míchání. Intenzita míchání musí zajišťovat funkci fermentačního prostoru 2 jako ideálního míslče. Jako prostředku pro míšení lze s výhodou využít ponorné ho mechanického míohadla 8, umístěného ve spodní části fermentačního prostoru 2 v jeho ose. Směr proudění v ose fermentačního prostoru 2 je ze zdola nahoru následným sestupný* prouděním u pláště X, jak je naznačeno šipkami.The actual cause of anaerobic biodegradation processes are microorganisms producing larger clusters - particles of flocculent suspension - similar to activated sludge particles in anaerobic purification processes. Intensive mixing is provided to keep these anaerobic activated sludge particles floating and to thoroughly mix the inflow liquid in the volume of the fermentation space 2. The mixing intensity must ensure the function of the fermentation space 2 as an ideal mixer. As a mixing means, it is advantageous to use a submersible mechanical agitator 8 located at the bottom of the fermentation space 2 in its axis. The direction of flow along the axis of the fermentation space 2 is downwardly downstream of the jacket X as indicated by the arrows.

Pro zabránění usazování biologického kalu na dně 100 fermentačního prostoru 2 je pou žiío usměrňovači vložky 28, Jejímž účelem je usměrnit proudění až ke dnu 10Q nádrže. Mechanické míchadlo 8 lze v případě potřeby po vodících tyčích 2 vytáhnout nad hladinu χθ a provést nutnou opravu, obdobně jako u známých ponorných čerpadel bez nutnosti vypuštění oeléh· objemu kapaliny z fermentačního prostoru £. Pro případné odvodnění fermentoru slouží vypouštěcí potrubí 38 ve dně 100.A baffle 28 is used to prevent the settling of biological sludge at the bottom 100 of the fermentation space 2, the purpose of which is to direct the flow to the bottom 10 of the tank. If necessary, the mechanical stirrer 8 can be pulled up above the level χθ on the guide rods 2 and repaired as required for known submersible pumps without the need to drain the oil volume from the fermentation chamber 6. The drain pipe 38 in the bottom 100 serves for the possible drainage of the fermenter.

Pro dosažení vysoké koncentrace biologického kalu ve fermentačnía prostoru 2 a tím i vysoké konoentrace směsné kultury mikroorganismů pro zvýšení intenzity biodegradačníeh pochodů, je po opuštění fermentačního prostoru 2. oddělován biologický kal fluidní filtrací, s jeho automatickým gravitačním vracením zpět do procesu biodegradace.In order to achieve a high concentration of biological sludge in the fermentation space 2 and thus a high concentration of the mixed culture microorganisms to increase the intensity of the biodegradation processes, after leaving the fermentation space 2 the biological sludge is separated by fluid filtration, with its automatic gravitational return back to the biodegradation process.

K tomu účelu je v horní části válcové nádrže s pláště* χ vytvořen dělící stěnou £ trychtýřovitý separační prostor 2» ^ve kterém při protékání kapaliny s biologickým kalem z fermentačního prostoru 2 směrem vzhůru do zmíněného odběrného systému, se z části c biologického kalu vytvoří nedokonale vznášený fluidní filtr. Filtračním mechanismem zachycené částice biologického kalu propadávají pak vstupní pasáží 18 a vratnou pasáží X2 z fluidního filtru zpět do fermentačního prostoru 2.For this purpose, a funnel-shaped separating space 2 is formed in the upper part of the cylindrical tank with the casing 4 ⁱⁿ which, as the liquid with the biological sludge flows from the fermentation space 2 upwards into said collecting system, an imperfectly suspended part of the biological sludge fluid filter. The biological sludge entrapped by the filter mechanism then passes through the inlet passage 18 and the return passage X2 from the fluid filter back to the fermentation space 2.

Dělící stěna £, která odděluje separační prostor 2 od fermentačního prostoru 2, odděluje současně se shora feraentační prostor 2 od volné atmosféry, přičemž produkovaný bioplyn je odváděn z. tohoto uzavřeného prostoru odběrem 6 bioplynu.The partition wall 6 which separates the separation space 2 from the fermentation space 2 separates the feraentation space 2 from the free atmosphere at the same time as above, the biogas produced being discharged from this enclosed space by collecting 6 biogas.

Fřed vstupem do fluidního filtru vstupní pasáží 18 je zařazen odplynovací systém. Účelem tohoto systému je účinné odstranění bioplynu od směsi kapaliny s biologickým kalem, aby nedocházelo ve větším měřítku k jeho nežádoucímu vylučování ve fluidním filtru, což by vedlo k flotaci kalu v separačním prostoru 2 ^a tím k poruše separace.A degassing system is provided prior to entering the fluid filter through the inlet passage 18. The purpose of this system is to efficiently remove the biogas from the liquid / biological sludge mixture so as to prevent it from being undesirably excreted in the fluid filter, which would lead to flotation of the sludge in the separation space 2 ^and thus to a separation failure.

Fři uspořádání fermentačního prostoru 2, a mechanickým míchadlem 8, jak je znázorněno na obr. 1, hydraulika odplyňovacího systému pracuje následovně! část středového vzestupného proudu ve fermentačním prostoru 2, vyvolávaná mechanickým míchadlem 8 vytváří v odplynovací trubici 11 hnací sílu pro vzestupný proud v této trubici. V přepouštěcích otvorech X2 vstupuje tento vzestupný proud do přepouštěcího prostoru 12. přičemž je nucen na přelivové hraně těchto otvorů prudce obrátit směr proudění o 180°. Na uvedené přelivové hraně, v důsledku nahromadění proudnio, dochází ke značnému zrychlení proudění kapaliny, což zajisti vyloučení přebytku plynu, který je v kapalině v důeledku sníženíWith the arrangement of the fermentation chamber 2, and the mechanical stirrer 8 as shown in FIG. 1, the hydraulics of the degassing system operate as follows. the portion of the central upward flow in the fermentation chamber 2 caused by the mechanical stirrer 8 creates in the degassing tube 11 a driving force for the upward flow in this tube. In the overflow openings X2, this upward current enters the overflow space 12 and is forced to reverse the flow direction by 180 ° at the overflow edge of the openings. At the overflow edge, due to the accumulation of the stream, the flow of the liquid is greatly accelerated, thereby eliminating the excess gas, which is due to a reduction in the liquid.

216 376 tlaku při Vzestupném proudění v odplyňovaeí trubici 11 v přesyceném stavu. Vyloučený plyn ve formě jemných plynových ěástic se vylučuje zejména na přelivové hraně přepouStěoích otvorů 12. Při následném sestupném proudění v přepouštěcím prostora 12 vznikne v důsledku zvýšení tlaku stav nenasycenosti plynu, takže na spodní hraně 17 válcového pláště 13 přepouštěcího prostoru 12 ee při opětném obrácení proudění vzhůru do separačního prostoru 2 nevyloučí tak podstatné množství plynu, které by mohlo ohrozit funkci fluidního filtru. Stříška 22« která je umÍBtěna na válcovém plášti 13 pro zabránění Coanda efektupřilnutí proudu k povrohu - zachytí i případné, na hraně 17 vyloučené částice plynu a odvede je odplyňovacím otvorem 40 do přepouštěcího prostoru 12.216 376 of the upstream pressure in the degassing tube 11 in a supersaturated state. Excluded gas in the form of fine gas particles is excreted in particular at the overflow edge of the overflow openings 12. Upon downward flow in the overflow space 12, a gas unsaturation occurs due to the pressure increase, so that at the lower edge 17 of the cylindrical shell 13 of the overflow space 12ee up to the separation space 2 does not exclude such a substantial amount of gas that could compromise the function of the fluid filter. A canopy 22, which is located on the cylindrical housing 13 to prevent the Coand from adhering the current to the surface, also captures any gas particles which are deposited at the edge 17 and leads them through the vent hole 40 to the overflow space 12.

Oddělený plyn v odplyňovacím systému je odváděn otvíracím vákem 32 z uzavřené odplynovací trubice 11 odběrem 33. ^sP°dní Část přepouštěcího prostoru 12 volně ústí do spodní části separačního prostoru 2« která je propojená s fermentačním prostorem 2 vratnou pasáží 12· , .Separation of the gas in the degassing system is discharged from the opening 32 of the bag closed degassing pipe 11 to collection ^with 33 ° P days parts of the transfer chamber 12 freely flows into the lower part of the separation space 2 "which is connected to the fermentation chamber 2 · return passage 12,.

Aby bylo možné zachovat proudění v odplyňovacím systému jak bylo výše popsán·, je nutné zabránit vstupu centrálního vzestupného proudu ve fermentačním prostoru 2, do vratné pasáže 19. 5!oho je docíleno usměrňovacím nástavcem 20 na odplyňovaeí trubici 11. jehož účelem je odklonění tohoto proudu před ústím vratné pasáže 12· Průřez usměrnovacího nástavce 20 je volen tak, aby byl větší nežli průřez vratné pasáže 12, což zabraňuje pronikání částic plynu do této pasáže.In order to maintain the flow in the degassing system as described above, it is necessary to prevent the entry of the central ascending stream in the fermentation space 2 into the return passage 19. This is achieved by the rectifier adapter 20 on the degassing tube 11 to divert this stream before the mouth of the return passage 12 The cross-section of the deflection extension 20 is chosen to be larger than the cross-section of the return passage 12, which prevents the passage of gas particles into this passage.

Vratný kal z fluidního filtru se společně s částí kapaliny, protékající odplynovacím systémem, vrací vratnou pasáží 19 zpět do fermentačního prostoru 2, kde je unášen odkloněným proudem kapaliny.The return sludge from the fluid filter, together with a portion of the liquid flowing through the degassing system, returns through the return passage 19 back to the fermentation chamber 2 where it is entrained by the diverted liquid stream.

Účinnost separace vločkovité suspense biologického kalu ve fluidním filtru je oproti sedimentaci značně vyšší, čímž se podstatně snižuje potřebná doba zdržení kapaliny s biologickým kalem v separaci, Přesto však nelze zcela odstranit produkci bioplynu i v procesu separace. Vyloučené částice bioplynu v průběhu separace mohou v některých případech způsobit menší flotaci kalu na hladině 10.The separation efficiency of the flake slurry of the biological sludge in the fluid filter is considerably higher compared to sedimentation, thereby substantially reducing the residence time of the liquid with the biological sludge in the separation. However, biogas production cannot be completely eliminated even in the separation process. Excluded biogas particles during separation may in some cases cause less sludge flotation at the level of 10.

Po odstranění vlivu tohoto efektu na kvalitu odebírané kalové vody je použito speciálního odběrného systému kalové vody. Jeho funkce spočívá v tom, že regulátor 24 hladiny udržuje přelivem 22 hladinu 10 nad úrovní sběrných otvorů 22. přičemž vyfletovaný kal je shromažďován na hladině 10 a odběr kalové vody se děje ze spodní části trychtýřovité dělící přepážky 21. Periodicky se pak vyflotovaný kal odstraní tím, že so otevře odběr 27 vyflotovaného kalu a vypustí např. do jímky na surovou kapalinu, odkud je čerpán zpět do fermentoru. Odstranění přebytečného biologického kalu so děje kontinuálně jeho odběrem pomocí odkalovacího čerpadla 30.After removing the effect of this effect on the quality of the sludge water taken, a special sludge water sampling system is used. Its function is that the level regulator 24 keeps the level 10 above the level of the collecting openings 22 by the spillway 22, where the sludge is collected at the level 10 and the sludge water is taken from the lower part of the funnel separating partition 21. The process is effected by opening the withdrawal 27 of the floated sludge and discharging e.g. Removal of excess biological sludge is effected continuously by collecting it with a sludge pump 30.

V případě použití mamutkového provzdušňování reeirkttlovaným bioplynem je funkce odplyňovacího systému zobrazeného na obr. 2, následující* Popsané mamutkové míchací zařízení zajištuje prostřednictvím rozdělovačích elementů 44 intenzivní míchání objemu fermentačního prostdru 2, a to tak, že vzestupný proud jo na obvodu tohoto prostoru u pláště 2 nádrže a v ose fermentačního prostoru 2 je proud sestupný. Vratná pasáž 12 j® v ťomteIn the case of the use of mammoth aeration with re-circulated biogas, the function of the degassing system shown in FIG. 2 is as follows. The described mammoth agitator provides intensive mixing of the volume of the fermentation chamber 2 by distributing elements 44. and in the axis of the fermentation space 2 the flow is descending. Reversible passage 12 j® in the ectum

2l6 376 případě prodloužena trubkovým nástavcem 42 a ústí přímo do fermentaěníhe prostoru £ ve směru klesajíoího proudu. Do fermentačního prostoru 2 vyvedené božní průchody 34 mají svoje ústí 35 nasměrována tak, aby ěást sestupného proudění vstupovala prostřednictvím těchto bočních průchodů 34 do odplynovaoí trubice 11. čímž je zajiětěna hnací síla pro proudění v této trubici. Větší část proudu v odplynovaoí trubici 11 se obraoí vzhůru a menší část dolů a spodním průchodem 36 so vrací zpět do fermentačního prostoru 2. Účelem tohoto zpětného proudu je zabránit usazování na dně 41 odplynovaoí trubice u.16, 376, the tube 42 extends directly into the fermentation into the space 6 in the direction of the downstream flow. The diverted passages 34 led into the fermentation space 2 have their mouth 35 directed so that a part of the downward flow enters through these side passages 34 into the degassing tube 11, thereby providing a driving force for the flow in the tube. The greater part of the flow in the degassing tube 11 is turned upwards and a smaller part of the downstream passage 36 is returned to the fermentation chamber 2. The purpose of this backflow is to prevent settling at the bottom 41 of the degassing tube 11.

Pro zabránění průniku částic plynu do odplyňovaoího syatému slouží clona ££, která svým průměrem překrývá průřez vratné pasáže 19. Ostatní funkce odplyňovaoího syatému i separaoe zůstává stejná jako u zařízení zobrazeném n« obr. 1.To prevent penetration of the gas particles into the degassing system, a diaphragm is provided which overlaps the cross-section of the return passage 19 with its diameter. The other functions of the degassing system and the separage remain the same as in the apparatus shown in FIG.

Popsaný způsob výroby bioplynu z organicky znečištěných kapalin není omezen na uveiené příklady, ale může být použit ve všech případech, kde _de k disposici organická biodegradovatelná hmota v kapalné formě. Též technické provedení fermentoru může se lišit od provedení popsaném na obr. 1 a 2, zejména v konstrukci míchacího zařízení a jeho uspořádání.The described method for producing biogas from organically polluted liquids uveiené not limited to the examples but can be used in all cases where _d ek disposal of biodegradable organic matter in liquid form. Also, the technical design of the fermenter may differ from that described in FIGS. 1 and 2, in particular in the construction of the mixing apparatus and its arrangement.

Popsaný způsob a zařízení k jeho provedení má četné výhody. Hlavní.výhodou je zvýšená účinnost anaerobních procesů biodegradace organických látek, zvýšením koncentrace mikroorganismů v důsledku zvýšení koncentrace biologického kalu ve fermentačním prostoru £. Koncentrace může dosáhnout i nejvyšších hodnot objemové koncentrace dosahovaných u fermentorů a filtrační náplní - asi 20 kg a - ale za podstatně příznivějšíoh podmínek tvaru fermentoru. To vyplývá z toho, že výška fermentoru podle vynálezu není technologickými podmínkami vedení procesu omezena a lze proto kenatruevat i vysoké věžové fermentory.The described method and apparatus for carrying it out have numerous advantages. The main advantage is the increased efficiency of the anaerobic processes of organic matter biodegradation by increasing the concentration of microorganisms due to the increase of the biological sludge concentration in the fermentation space 6. The concentration can reach the highest volumetric concentration values achieved in fermenters and filter cartridges - about 20 kg and - but under substantially more favorable fermentor shape conditions. This results from the fact that the height of the fermenter according to the invention is not limited by the technological conditions of the process conduction and therefore high tower fermenters can be kenatruevat.

Věžový tvar fermentoru je výhodný po stránce konstrukční a při velkých objemech umožnuje podstatné snížení investičních nákladů jak na vlastní fsrmentor, tak i na sníženou potřebu zastavění stavební nlochy. Oproti míchaným průtočným fermentorůa spočívá hlavní přednost zařízení podle vynálezu v jeho kompaktnosti v důsledku sdružení prostoru fermentace i separace v jediné nádrži, přičemž konstrukce separačního prostoru £ je současně využito k oddělení fermentačního prostoru £ od volné atmosféry. To přináší oproti běžným míchaným fermentorůa s odděleným separačním prostorem mimo celkové snížení rozměrů zařízení i další podstatné úspory.The tower shape of the fermenter is advantageous in terms of design and, at large volumes, allows a substantial reduction of the investment costs for both the own fsrmentor and the reduced need to build up the building slab. Compared to mixed flow fermenters, the main advantage of the device according to the invention lies in its compactness due to the combination of the fermentation space and the separation in a single tank, while the design of the separation space 6 is simultaneously used to separate the fermentation space 6 from the free atmosphere. This brings further substantial savings compared to conventional mixing fermenters and a separate separation space.

Claims

What is claimed is: 1. A process for the continuous anaerobic biological treatment of liquids containing organic matter, wherein biogas and biological sludge are produced, characterized in that the biological biodegradable sludge is separated from the liquid by fluid filtration and is automatically returned to the anaerobic biological process.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, with biogas collection, characterized in that the fermentation space (2) is associated with a separation space (3) with a fluid filter and includes a communication degassing system, wherein the fermentation proetor (2) is from

216 376 of the separation space (3) and hence separated from the atmosphere of the free atmosphere by the partition wall 14).

Device according to Claim 2, characterized in that the separation space (3) is delimited by a conical partition wall (4) with an opening through which the lower part of the communication degassing system passes and simultaneously forms its return passage (19) and a partition (21). ), in which collecting openings (22) are formed, the roof part of which extends through the upper part of the communication degassing system and which is connected in the lower part to the sludge water outlet (23).

Device according to Claims 2 and 3, characterized in that the communication degassing system consists of a degassing tube (11) extending through the separation space (3) and extending partially into the fermentation space (2), where a rectifier extension (20) adjoins its lower end. and in the separation space (3), a overflow space (12) is formed around the degassing tube (11) and the surrounding jacket (13), passing in its lower part both to the entrance passage (18) and to the return passage (19) and upper, taper ·! and a part for at least one overflow opening (15) of the degassing tube (11), which in its upper part is provided with a biogas collection (33) and an opening lid (32), wherein a mechanical stirrer (2) is arranged in the lower middle part of the fermentation space (2). 8) and a baffle insert (28).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the mechanical stirrer (8) is arranged on guide rods (9) passing through the degassing tube (11), the inner diameter of which is greater than the outer diameter of the mechanical stirrer (8).

Device according to Claims 2 and 3, characterized in that the communication degassing system consists of a degassing tube (11) extending through the separation space (3) and extending partially into the fermentation space (2) where it passes through a tubular extension (42) following a lower edge of the partition wall (4) and having at least one side passage (34), whose mouth (35) is arranged upstream of the liquid in the fermentation space (2) and terminates in a bottom (41) and a lower passage (36), below which there is an orifice (37), wherein in the separation space around the degassing tube (11) and this surrounding casing (13), a overflow space (12) is formed, passing in its lower part both to the entrance passage (18) and a return passage (19) and adjoining its upper, tapered portion to at least one discharge opening (15) of the degassing tube (11), which is provided with a withdrawal in its upper part (33) of biogas and an opening lid (32), with distribution elements (44) arranged at the jacket (1) at the bottom of the fermentation space (2).

Device according to claim 6, characterized in that the distribution elements (44) are connected to a biogas take-off (6) via a blower (43).

Device according to Claims 4 and 6, characterized in that at least one degassing opening (40) is formed in the housing (13) above which a roof (39) is formed on the outside of the housing (13).

Apparatus according to Claims 4 and 6, characterized in that the degassing tube (11) is provided with a slider (16).