RU2095321C1

RU2095321C1 - Methane tank

Info

Publication number: RU2095321C1
Application number: RU95114274A
Authority: RU
Inventors: В.К. Евтеев; В.Ю. Просвирнин
Original assignee: Иркутская государственная сельскохозяйственная академия
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: waste disposal. SUBSTANCE: invention relates to anaerobic fermentation of waste waters containing organic agricultural refuse with organic industrial and household inclusions. Methane tank has vertical cylindrical casing, conical top and bottom covers, connecting pipe to admit waste water in lower part of tank, and reaction space filled with waste water and inert anaerobic biomass immobilization carrier. Construction of methane tank is distinguished by combining biogas-discharge and treated waste-drainage pipes. Lower part of this pipe is located at the level of gas-liquid phase interface and upper one transforms into gas-liquid line connecting methane tank with media-separation chamber. The latter is a hermetic vessel with treated water-drainage pipe in its bottom and biogas- discharge pipe in its cap. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические отходы сельскохозяйственного производства, и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и коммунального хозяйства. The invention relates to devices for anaerobic digestion of wastewater containing organic agricultural waste, and can be used in wastewater treatment with organic inclusions of industrial enterprises and public utilities.

Известна установка для анаэробной очистки сточных вод, содержащая резервуар с патрубком для ввода исходной жидкости, желоба для сбора очищенной воды, коллекторную систему для сбора и удаления газа из жидкости в виде нагнетательной трубы с колпаками, расположенными слоями по высоте резервуара, а также разделительной камерой, соединенной с нагнетательными трубами коллекторных систем (1). Недостатком известной установки является то, что при обработке низкоконцентрированных сточных вод велика вероятность вымыва анаэробной биомассы из реактора. A known installation for anaerobic wastewater treatment, comprising a tank with a nozzle for introducing the source liquid, a chute for collecting purified water, a collector system for collecting and removing gas from the liquid in the form of an injection pipe with caps located in layers along the height of the tank, and a separation chamber, connected to the discharge pipes of the collector systems (1). A disadvantage of the known installation is that when processing low-concentration wastewater, the likelihood of leaching of anaerobic biomass from the reactor is high.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа конструкция метантенка анаэробного фильтра, применяемая для анаэробного сбраживания низкоконцентрированных сточных вод, содержащих органические вещества (2). Корпус метантенка выполнен в виде вертикального цилиндрического сосуда. Нижняя и верхняя крышки сосуда представляют собой конусы. Подача сточных вод осуществляется через патрубок, установленный в нижней части метантенка коаксиально к оси цилиндра. Реакционная часть метантенка заполнена обрабатываемой сточной водой и инертным иммобилизационным носителем анаэробной биомассы. Верхняя часть метантенка, составляющая 5 10% от общего объема сосуда, заполнена выделяющимся биогазом. На уровне раздела жидкой и газовой сред радиально к оси цилиндра расположен патрубок для отвода обработанного стока. Для отвода биогаза в верхней части сосуда установлен патрубок коаксиально к оси цилиндра. The closest in technical essence to the claimed device is the anaerobic filter digester, selected as a prototype, used for anaerobic digestion of low-concentration wastewater containing organic substances (2). The body of the digester is made in the form of a vertical cylindrical vessel. The lower and upper lids of the vessel are cones. Wastewater is supplied through a pipe installed in the lower part of the digester coaxially to the axis of the cylinder. The reaction part of the digester is filled with treated wastewater and an inert immobilization carrier of anaerobic biomass. The upper part of the digester, which is 5 10% of the total volume of the vessel, is filled with biogas. At the interface between the liquid and gaseous media, a nozzle is located radially to the axis of the cylinder for discharging the treated effluent. For biogas removal in the upper part of the vessel, a pipe is installed coaxially to the axis of the cylinder.

Процесс анаэробного сбраживания, протекающий в метантенке указанной конструкции, можно охарактеризовать как экстенсивный, то есть его эффективность достигается путем создания в реакторе высокой концентрации анаэробной биомассы, являющей количественной характеристикой процесса. The process of anaerobic digestion, which takes place in the digester of this design, can be characterized as extensive, that is, its effectiveness is achieved by creating a high concentration of anaerobic biomass in the reactor, which is a quantitative characteristic of the process.

Недостатком указанной конструкции является отсутствие устройства для пеногашения. The disadvantage of this design is the lack of a device for defoaming.

Известно, что процесс анаэробного сбраживания, как правило, сопровождается пенообразованием, особенно при высоком выходе биогаза с единицы объема реактора. Это явление зачастую приводит к заполнению газовой полости и газоотводного патрубка пеной, что приводит к нарушению режима сбраживания и зачастую к аварийной ситуации. It is known that the process of anaerobic digestion is usually accompanied by foaming, especially with a high biogas yield per unit volume of the reactor. This phenomenon often leads to the filling of the gas cavity and gas outlet with foam, which leads to a violation of the fermentation regime and often to an emergency.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы метантенка - анаэробного фильтра за счет интенсификации процесса анаэробного сбраживания сточных вод и отделения биогаза от сбраживаемой массы, а также обеспечения пеногашения в газовой полости реактора. The objective of the invention is to increase the efficiency of the digester - anaerobic filter due to the intensification of the process of anaerobic digestion of wastewater and separation of biogas from the fermented mass, as well as ensuring defoaming in the gas cavity of the reactor.

Указанная цель достигается тем, что в метантенке анаэробном фильтре, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки в виде корпуса, в нижней части патрубок для подачи сточных вод, реакционную часть, заполненную сточной водой и инертным иммобилизационным носителем анаэробной биомассы, в верхней части газовую полость, совмещены в единую конструцию патрубок для отвода обработанного стока и патрубок для отвода биогаза. Патрубок для отвода обработанного стока и биогаза распложен в верхней части метантенка, коаксиально к оси цилиндра, причем нижний обрез патрубка расположен на уровне раздела газовой и жидкой сред, а верхний переходит в газожидкостную магистраль. Магистраль связывает между собой метантенк и камеру разделения сред, представляющую собой герметичный сосуд в днище которого установлен патрубок для отвода обработанного стока, а в крышке патрубок отвода биогаза. This goal is achieved by the fact that in the anaerobic filter digester containing a vertical cylindrical body, the upper and lower covers are in the form of a body, in the lower part of the sewage supply pipe, the reaction part is filled with waste water and an inert immobilization carrier of anaerobic biomass, in the upper part there is a gas cavity, combined in a single design pipe for the removal of treated effluent and pipe for the removal of biogas. A pipe for discharging treated effluent and biogas is located in the upper part of the digester, coaxially to the axis of the cylinder, the lower edge of the pipe being located at the interface between the gas and liquid media, and the upper one goes into the gas-liquid line. The main line connects a digester and a medium separation chamber, which is a sealed vessel in the bottom of which a pipe is installed to discharge the treated effluent, and in the lid there is a biogas discharge pipe.

Такое конструктивное решение позволяет создавать циклическое изменение давления внутри реактора метантенка и колебание уровня обрабатываемой сточной воды, что приводит к циклическому изменению как направления градиента скоростей движения жидкости в реакторе, так и к постоянному изменению скаляра этого градиента. Это приводит к интенсификации процесса анаэробного сбраживания вследствии постоянной переориентации и обновления граничных поверхностей обрабатываемой жидкой среды и анаэробной биомассы. Кроме того, это позволяет избегать накапливания в отдельных точках реактора метантенка промежуточных и конечных продуктов разложения органических веществ, в частности пузырьков биогаза. Циклическое колебание уровня обрабатываемой жидкости в реакторе метантенка, как показывает практика, является эффективным способом борьбы с чрезмерным пенообразованием. Such a constructive solution allows you to create a cyclic change in pressure inside the reactor digester and fluctuations in the level of treated wastewater, which leads to a cyclical change in the direction of the gradient of fluid velocity in the reactor, and to a constant change in the scalar of this gradient. This leads to an intensification of the process of anaerobic digestion due to the constant reorientation and updating of the boundary surfaces of the processed liquid medium and anaerobic biomass. In addition, this avoids the accumulation of intermediate and final decomposition products of organic substances, in particular biogas bubbles, at the individual points of the reactor. Cyclic fluctuations in the level of the processed liquid in the methane tank reactor, as practice shows, is an effective way to combat excessive foaming.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства. Метантенк включает вертикальный цилиндрический корпус 1, герметично закрытый снизу и сверху конусообразными крышками 2 и 3, в нижней крышке установлен коаксиально к оси цилиндра патрубок 4 для подачи сточных вод, его реакционная часть заполнена обрабатываемой сточной водой и инертным иммобилизационным носителем 5 анаэробной биомассы, в верхней крышке установлен коаксиально к оси цилиндра патрубок 6 для отвода обработанного стока и биогаза, нижний обрез которого находится на уровне раздела газовой и жидкой сред, а верхний обрез переходит в газожидкостную магистраль 7, которая соединяет метантенк и камеру 8 разделения сред, в днище которого устроен патрубок 9 для отвода обработанного стока, а в крышке камеры патрубок 10 отвода биогаза. The drawing shows a General view of the proposed device. The digester includes a vertical cylindrical body 1, hermetically sealed from below and above by conical caps 2 and 3, a nozzle 4 for supplying wastewater is installed coaxially to the cylinder axis in the bottom cover, its reaction part is filled with anaerobic biomass treated sewage and inert immobilization carrier 5, in the upper the cap is installed coaxially to the axis of the cylinder, a pipe 6 for discharging the treated effluent and biogas, the lower edge of which is at the level of the interface between the gas and liquid media, and the upper edge passes gas-liquid line 7 which connects the chamber 8 digester and separation media, which is arranged in the bottom nozzle 9 for discharging treated effluent, and a lid chamber 10 discharge pipe biogas.

Устройство работает следующим образом. Сточные воды с постоянным расходом поступают в метантенк на обработку через патрубок 4. Обработка сточных вод происходит в реакционной части метантенка и заключается в разложения органического вещества с выделением биогаза. На начальном этапе уровень обрабатываемой сточной воды находится выше нижнего обреза патрубка 6, что обуславливает создание гидравлического затвора, биогаз накапливается в газовой полости метантенка, а по патрубку 6 и магистрали 7 движется обработанный сток в камеру 8 разделения сред. В результате постоянного выделения биогаза давление в метантенке возрастает, и уровень обрабатываемой жидкости понижается, в конечном итоге достигает уровня нижнего обреза патрубка 6, что приводит к выбросу биогаза в патрубок 6. При этом в нем и магистрали 7 образуется газожидкостный поток, поступающий в камеру 8. Часть накопленного биогаза покидает метантенк, давление понижается, уровень обрабатываемой жидкости начинает повышаться, гидравлический затвор на патрубке 6 закрывается, и цикл повторяется. Одновременно, в камере разделения сред 8 под действием разности плотностей биогаза и обработанного стока методом отстаивания осуществляется отделение биогаза от обработанного стока. Отделенный биогаз из камеры 8 отводится на дальнейшую утилизацию посредством патрубка 10, а обработанный сток-патрубка 9. The device operates as follows. Wastewater with a constant flow rate enters the digester for processing through pipe 4. Wastewater treatment occurs in the reaction part of the digester and consists in the decomposition of organic matter with the release of biogas. At the initial stage, the level of treated wastewater is higher than the lower edge of the nozzle 6, which leads to the creation of a hydraulic shutter, biogas accumulates in the gas cavity of the digester, and the treated effluent moves to the chamber 8 of the medium separation along the nozzle 6 and line 7. As a result of the constant release of biogas, the pressure in the digester increases, and the level of the processed liquid decreases, and ultimately reaches the lower edge of the nozzle 6, which leads to the release of biogas into the nozzle 6. In this case, a gas-liquid flow is formed in it and line 7, which enters the chamber 8 A part of the accumulated biogas leaves the digester, the pressure decreases, the level of the treated liquid begins to rise, the hydraulic shutter on the pipe 6 closes, and the cycle repeats. At the same time, in the medium separation chamber 8, under the influence of the difference in the biogas densities and the treated runoff, the sedimentation method separates the biogas from the treated runoff. Separated biogas from chamber 8 is discharged for further disposal by means of pipe 10, and the treated drain pipe 9.

Использование предлагаемого изобретения простое в изготовлении и эксплуатации, позволяет повысить эффективность работы метантенка за счет интенсификации процесса анаэробного сбраживания, а также является эффективным способом борьбы с пенообразованием в реакторе метантенка. The use of the invention is simple to manufacture and operate, improves the efficiency of the digester by intensifying the process of anaerobic digestion, and is also an effective way to combat foaming in the reactor digester.

Claims

A digester containing a vertical cylindrical casing, the reaction part of which is filled with an inert immobilization carrier of anaerobic biomass, the upper and lower caps in the form of a cone, a sewage pipe located in the lower part of the casing, means for removing biogas and treated drain, characterized in that the means for biogas removal and treated runoff, it is made in the form of a single nozzle located in the upper part of the digester along its axis, the lower edge of the nozzle is located at the level of the interface r base card and liquid media, wherein the digester is provided connected thereto by pipe biogas drainage and treated Photo camera separation media constructed in the form of a sealed vessel, the bottom of which is mounted an outlet for removing the treated flow and the lid - the biogas outlet pipe.