RU2107043C1

RU2107043C1 - Methane accumulation tank

Info

Publication number: RU2107043C1
Application number: RU95100994A
Authority: RU
Inventors: Виктор Игнатьевич Тумченок
Original assignee: Виктор Игнатьевич Тумченок
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1998-03-20
Also published as: RU95100994A

Abstract

FIELD: organic waste disposal. SUBSTANCE: tank has casing separated by partitions into acidic, neutral, alkaline, and methane fermentation chambers interconnected through substrate-passage ports and having gas cavities in their top sections, stirring devices installed in chambers, biogas enrichment column separated by horizontal perforated partitions into biogas collector and sections filled with grainy immobilization charge, the column communicating with methane fermentation chamber through connecting pipes. Biogas-outlet pipe is attached to top part of column and has hydraulic gate connected through pipeline to bottom part of column. EFFECT: improved design of installation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к очистке стоков, утилизации твердых углерод и азотсодержащих отходов домашнего хозяйства с выработкой биогаза при анаэробном сбраживании для нужд отопления, приготовления пищи, нагрева воды в домах индивидуального пользования. The invention relates to wastewater treatment, utilization of solid carbon and nitrogen-containing household wastes with the production of biogas during anaerobic digestion for heating, cooking, heating water in private homes.

Известен метантенк, содержащий корпус с технологическим перегородками и патрубками подвода стоков и отходов и отвода продуктов брожения (Янко В.Г., Янко Ю. Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках. Киев, 1978, с.40, рис. 8), в котором невысока степень распада беззольной органики из-за торможения жизнедеятельности одних микроорганизмов метаболитами других. Known digester containing a housing with technological partitions and nozzles for supplying effluents and waste and removal of fermentation products (Yanko V.G., Yanko Yu. G. Wastewater treatment and sludge in digesters. Kiev, 1978, p.40, Fig. 8) , in which the degree of decay of ashless organic matter is low due to the inhibition of the vital activity of some microorganisms by metabolites of others.

Известен метантенк, содержащий корпус с перегородками, образующими камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенные друг с другом окнами для прохода субстрата и газовыми полостями в верхних частях корпуса, выполненные с перешивающими устройствами в виде вала, снабженного приводом и деталями перемешивания при перемещении субстрата от загрузочного устройства к разгрузочному, и устройства отвода биогаза в виде гидравлического затвора с патрубком (Виестур У.Э., Кузнецов А.М., Савенков В.В. Системы ферментации. Рига, 1986, с.18-19, рис. 2.2, 2.3), в котором отсутствуют условия аккумулирования биогаза при перерывах его использования потребителем, что снижает эффективность работы метантенка. Known digester containing a housing with partitions forming chambers of acidic, neutral, alkaline and methane fermentation, communicated with each other by windows for the passage of the substrate and gas cavities in the upper parts of the housing, made with altering devices in the form of a shaft, equipped with a drive and mixing parts when moving substrate from the loading device to the unloading device, and the biogas removal device in the form of a hydraulic shutter with a nozzle (Viestur U.E., Kuznetsov AM, Savenkov VV Fermentation systems. Riga, 1 986, p.18-19, Fig. 2.2, 2.3), in which there are no conditions for the accumulation of biogas during interruptions of its use by the consumer, which reduces the efficiency of the digester.

Цель изобретения - повышение эффективности его работы - достигается тем, что камера метанового брожения по биогазу и жидкой составляющей послеброжевого остатка сообщена с колонной обогащения в виде вертикального корпуса с горизонтальными перфорированными перегородками и размещенной на них зернистой иммобилизационной засыпкой, образующими секции для прохода сверху вниз жидкой составляющей послеброжевого остатка, а снизу вверх биогаза в сборник, размещенной над колонной обогащения, снабженной гидравлическим затвором и патрубком отвода биогаза в нижнюю секцию. The purpose of the invention is to increase the efficiency of its work is achieved by the fact that the methane fermentation chamber for biogas and the liquid component of the post-ferment residue is in communication with the enrichment column in the form of a vertical body with horizontal perforated partitions and granular immobilization filling placed on them, forming sections for the liquid component to pass from top to bottom the post-ferment residue, and from the bottom up biogas into a collector located above the enrichment column, equipped with a hydraulic shutter and a discharge pipe yes biogas to the lower section.

Такое выполнение повышает кратность циркуляции биогаза через колонну обогащения с повышением содержания метана в биогазе и сокращением содержания углекислого газа, который восстанавливается метаногенами в метан, т.е. происходит аккумулирование энергии в единице объема биогаза, что сокращает его расход при потреблении. При длительных перерывах в потреблении биогаза им наполняют эластичные емкости, например, из полиэтилена типа "гармошки". This embodiment increases the multiplicity of biogas circulation through the enrichment column with an increase in the methane content in biogas and a decrease in the carbon dioxide content, which is reduced by methanogens in methane, i.e. energy is accumulated per unit volume of biogas, which reduces its consumption when consumed. During long breaks in biogas consumption, they are filled with elastic containers, for example, from accordion-type polyethylene.

На фиг. 1 схематически показан аккумулирующий метантенк, продольный разрез; на фиг. 2 - продольный разрез емкости для биогаза. In FIG. 1 schematically shows an accumulating digester, longitudinal section; in FIG. 2 is a longitudinal section through a biogas tank.

Аккумулирующий метантенк содержит корпус 1 с перегородками 2, образующими камеры; кислого 3, нейтрального 4, щелочного 5, метанового 6 брожения, сообщенные друг с другом окнами 7 для прохода субстрата и газовыми полостями 8 в верхних частях корпуса 1, выполненные с перемешивающими устройствами в виде вала 9, снабженного приводом 10 и деталями 11 перемешивания при перемещении субстрата от загрузочного устройства 12 к разгрузочному 13, и устройства отвода биогаза в виде гидравлического затвора 14 с патрубком 15. Камера 6 метанового брожения по биогазу и жидкой составляющей послеброжевого остатка сообщена с колонной 16 обогащения в виде вертикального корпуса с горизонтальным перфорированными перегородками 17 и размещенной на них зернистой иммобилизационной засыпкой 18, образующими секции 19 для прохода сверху вниз жидкой составляющей послеброжевого остатка, а снизу вверх биогаза в сборник 20, размещенный над колонной 16 обогащения, снабженный гидравлическим затвором 14 с патрубком 15 отвода биогаза в нижнюю секцию 19 колонны 16 обогащения или эластичную емкость 21. Колонна 16 выполнена с патрубком 22 отвода жидкой составляющей послеброжевого остатка и сифоном 23 для заливки в верхнюю часть. Загрузочное устройство 12 выполнено с крышкой 24 и гидравлическим затвором 25, а камера 3 кислого брожения выполнена с перфорированным днищем 26. Камера 3 кислого брожения выполнена с окном 27 в перегородке 2, сообщающим ее газовую полость 8 с газовой полостью камеры 4 нейтрального брожения. The storage digester contains a housing 1 with partitions 2 forming chambers; acidic 3, neutral 4, alkaline 5, methane 6 fermentation, communicated with each other by windows 7 for passage of the substrate and gas cavities 8 in the upper parts of the housing 1, made with mixing devices in the form of a shaft 9, equipped with a drive 10 and mixing parts 11 when moving substrate from the loading device 12 to the unloading 13, and the biogas removal device in the form of a hydraulic shutter 14 with a nozzle 15. The methane fermentation chamber 6 for biogas and the liquid component of the post-ferment residue is in communication with the enrichment column 16 in the idea of a vertical casing with horizontal perforated partitions 17 and granular immobilization backfill 18 placed on them, forming sections 19 for the liquid component of the post-ferment residue to pass from top to bottom, and from the bottom up to the biogas into a collector 20 located above the enrichment column 16, equipped with a hydraulic shutter 14 with a nozzle 15 biogas removal to the lower section 19 of the enrichment column 16 or an elastic tank 21. The column 16 is made with a pipe 22 for removing the liquid component of the post-ferment residue and a siphon 23 for filling in top part. The loading device 12 is made with a cover 24 and a hydraulic shutter 25, and the acid fermentation chamber 3 is made with a perforated bottom 26. The acid fermentation chamber 3 is made with a window 27 in the partition 2 communicating its gas cavity 8 with the gas cavity of the neutral fermentation chamber 4.

Аккумулирующий метантенк работает следующим образом. Accumulator digester works as follows.

При открытой крышке 24 в загрузочное устройство 12 периодически заливают стоки и вносят углерод- и азотсодержащие отходы с тем, чтобы соотношение между углеродом и азотом составляло порядка 20:1, а концентрация твердой составляющей в субстрате - порядка 4-6%, причем степень заполнения определяют по уровню жидкости в загрузочном устройстве 12. При закрытой крышке 24 в камере 3 кислого брожения готовят субстрат при вращении вала 9 от привода 10 и измельчают взвеси деталями 11 перемешивающего устройства до размеров частиц, сопоставимых с размерами отверстий в перфорированном днище 26. Субстрат последовательно обрабатывают в камерах 3, 4, 5 и 6 кислотогенами, ацетогенами, ацетогидрогенами и метаногенами. Отвод твердой составляющей через разгрузочное устройство 13 и жидкой составляющей послеброжевого остатка через патрубок 22 осуществляют периодически или непрерывно. Из камеры 6 метанового брожения биогаз и субстрат поступают в колонну 16 обогащения, причем поступление последнего осуществляется за счет увеличения объема при газификации, а биогаза за счет избыточного давления в газовой полости 8 камеры 6. Субстрат перемещается сверху вниз через перфорированные перегородки 17 и размещенный на них слой иммобилизационной засыпки 18 (керамзит, вспученый перлит, модифицированный цеолит и т.д.). Метаногены разлагают своими ферментами воду субстрата на водород и кислород (ферментолиз), причем водород восстанавливает углекислый газ до метана, а кислород окисляет примеси, таким образом происходит аккумулирование энергии в единице объема биогаза. При отсутствии длительного потребления биогаза его рециркулируют подкачкой через колонну 16 обогащения, а осветленную жидкую составляющую послеброжевого остатка вручную отбирают из патрубка 22 и заливают через сифон 23. Одновременно биогаз через гидравлический затвор 14 и патрубок 15 отбирают в эластичную емкость 21 и он может быть использован в качестве товарного продукта. Метантенк изготавливают из углеродистой котельной стали, и минимальное содержание кислорода в продуктах при анаэробном распаде сводит до минимума коррозию аппарата, причем стенки ингибируются продуктами распада субстрата. With the lid 24 open, wastewater is periodically poured into the loading device 12 and carbon and nitrogen-containing wastes are introduced so that the ratio between carbon and nitrogen is about 20: 1, and the concentration of the solid component in the substrate is about 4-6%, and the degree of filling is determined according to the liquid level in the loading device 12. With the lid 24 closed in the acid fermentation chamber 3, a substrate is prepared by rotating the shaft 9 from the drive 10 and the suspensions are crushed by parts 11 of the mixing device to particle sizes comparable to the dimensions of the holes holes in the perforated bottom 26. The substrate is sequentially treated in chambers 3, 4, 5 and 6 with acidogens, acetogens, acetohydrogens and methanogens. The removal of the solid component through the discharge device 13 and the liquid component of the post-ferment residue through the pipe 22 is carried out periodically or continuously. From the methane fermentation chamber 6, biogas and substrate enter the enrichment column 16, the latter being supplied by increasing the volume during gasification, and biogas due to overpressure in the gas cavity 8 of chamber 6. The substrate moves from top to bottom through the perforated partitions 17 and placed on them a layer of immobilization backfill 18 (expanded clay, expanded perlite, modified zeolite, etc.). Methanogens decompose substrate water into hydrogen and oxygen (fermentolysis) with their enzymes, and hydrogen reduces carbon dioxide to methane, and oxygen oxidizes impurities, thus accumulating energy in a unit volume of biogas. In the absence of long-term biogas consumption, it is recycled by pumping through the enrichment column 16, and the clarified liquid component of the post-ferment residue is manually removed from the nozzle 22 and poured through a siphon 23. At the same time, the biogas through the hydraulic shutter 14 and the nozzle 15 are taken into an elastic container 21 and it can be used in quality of a commercial product. The digester is made of carbon boiler steel, and the minimum oxygen content in the products during anaerobic decomposition minimizes the corrosion of the apparatus, and the walls are inhibited by the decomposition products of the substrate.

Возросшие цены на ископаемые невозобновляемые энергоресурсы (природный газ, уголь, мазут и т. д.) делают эксплуатацию метантенка, работающего в условиях термостатирования воздухом помещения при температурах 18-24^oC, рентабельной. Одновременно улучшается экологическая обстановка вокруг объекта использования.The increased prices for fossil non-renewable energy resources (natural gas, coal, fuel oil, etc.) make the operation of the digester, operating under conditions of temperature control of room air at temperatures of 18-24 ^o C, cost-effective. At the same time, the environmental situation around the facility is being improved.

Claims

An accumulating digester containing a housing divided by partitions into chambers of acidic, neutral, alkaline and methane fermentation, communicated with one another through windows for passage of the substrate and having gas cavities in the upper part, mixing devices in the form of a shaft with blades mounted in the chambers, loading and unloading devices and means for biogas removal in the form of a hydraulic shutter installed on the nozzle for biogas removal, characterized in that it is equipped with a column for biogas enrichment, section perforated horizontal partitions to the biogas collector in the upper part and sections filled with a granular immobilization bed in communication with the methane fermentation chamber by means of a nozzle for supplying from the chamber into the column from top to bottom the liquid component of the post-ferment residue and a nozzle for supplying bottom to top from the chamber to the biogas column while the pipe for biogas removal is attached to the upper part of the column, and the water seal has a pipeline for supplying biogas to the lower part of the column.