RU2251536C1

RU2251536C1 - Method of a serial phase-by-phase anaerobic fermentation of solid and liquid fermentable organic and household waste products and a methane-tank for its realization

Info

Publication number: RU2251536C1
Application number: RU2004104489A
Authority: RU
Original assignee: Андрюхин Тимофей Яковлевич
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-05-10

Abstract

FIELD: agriculture and urban-municipal economies.

SUBSTANCE: the invention is intended for application in agriculture and urban-municipal economies for rational use of a urban household waste products and different organic agricultural waste products with production from anaerobic fermentation products of used for the power purposes fuel biogas and the high-quality decontaminated from pathogenic microflora, helminths, their eggs and seeds of the weeds mineralized organic fertilizers with a high share of humus and other stimulators of different plants growth and bearing. The method of a serial phase-by-phase anaerobic fermentation of fermentable organic waste products is conducted in a methane tank divided by a vertical partition not reaching its bottom into two unequal by volume chambers, in the upper part of the smallest of which there is a protected by a perforated fencing loading-unloading elevator of the waste products, where the first sour phase of the fermentation by a symbiosis of splitting microorganisms at pH less than 7.0 is conducted. Products of organic substance disassimilation of wastes products and vital activities of microorganisms are fed in the second phase of fermentation at pH - 7.2 in the form of methanic microorganisms basically in the greater chamber of the methane-tank with formation of a fuel biogas. Unfermentable substances and different impurities without their sorting unload by the elevator from the methane-tank. The technical result is realization of the serial phase-by-phase anaerobic fermentation of different state organic household waste products with different impurities without their grounding, sorting and dilution; a capability to separate and remove the unfermented waste products and impurities, the fullest disassimilation with production of the greatest quantity of the decontaminated fertilizer with the greatest share of humus, stimulators of growth and bearing of plants and the greatest outlet of a fuel biogas.

EFFECT: the invention ensures realization of the serial phase-by-phase anaerobic fermentation of different state organic household waste products, production of the greatest quantity of the decontaminated fertilizer, humus and a fuel biogas.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение предназначается для применения в коммунальном и в сельском хозяйстве для рационального использования городских бытовых отходов /мусора/ и различных органических сельхозотходов с выработкой из продуктов анаэробного их сбраживания горючего биогаза на энергетические цели и высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков жидких минерализованных органических удобрений с высоким содержанием гумуса и других стимуляторов роста и плодоношения разных растений.The invention is intended for use in municipal and agriculture for the rational use of urban household waste / garbage / and various organic agricultural waste with the production of products of their anaerobic digestion of combustible biogas for energy purposes and high-quality disinfected from pathogenic microflora, helminths, their eggs and liquid weed seeds mineralized organic fertilizers with a high content of humus and other growth stimulators and fruiting of various plants.

Известен способ последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных неизмельчаемых твердых и жидких органических отходов с выработкой из них удобрений и горючего биогаза, осуществляемый в установке для анаэробного сбраживания твердых и жидких органических отходов в режиме частичной рециркуляции сбраживаемой массы, снабженной газосборником и цепочно-скребковым элеватором загрузки и выгрузки твердых отходов /ж-л "БИОТЕХНОЛОГИЯ", 1989 г., т.5, №2, стр.222-224, рис.3б/.A known method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of various non-crushed solid and liquid organic wastes with the production of fertilizers and combustible biogas from them, carried out in an apparatus for anaerobic digestion of solid and liquid organic wastes in the partial recirculation mode of the fermented mass, equipped with a gas collector and chain-scraped elevator for loading and unloading solid waste / railway station "BIOTECHNOLOGY", 1989, v.5, No. 2, p. 222-224, Fig.3b /.

Недостатком этого известного способа анаэробного сбраживания твердых неизмельченных и неразжиженных органических отходов в снабженном цепочно-скребковым элеватором метантенке является то, что твердые отходы погружают лишь в среднюю и нижнюю зоны метантенка, т.е. в нейтральную при рН=7,0 и в щелочную при рН более 7,2 зоны сбраживания, в которых первая фаза анаэробного сбраживания при рН менее 7,0 осуществляется при слабой активности симбиоза расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов, что составляет более 90% количества загружаемых в метантенк твердых органических отходов без их расщепления и образования из них биогаза.The disadvantage of this known method of anaerobic digestion of solid unmilled and non-liquefied organic waste in a digester equipped with a chain-scraping elevator is that solid wastes are immersed only in the middle and lower zones of the digester, i.e. into the neutral zone at pH = 7.0 and into the alkaline zone at a pH of more than 7.2, in which the first phase of anaerobic digestion at a pH of less than 7.0 is carried out with a weak symbiosis activity of cleaving / hydrolyzing / microorganisms, which is more than 90% of the number of loaded in the digester of solid organic waste without their splitting and formation of biogas from them.

Конструктивным недостатком приведенной выше известной установки для анаэробного сбраживания твердых отходов в виде встроенного в метантенк загрузочно-разгрузочного цепочно-скребкового элеватора является то, что транспортирование ветвей его элеватора осуществлено лишь только через нейтральную и щелочную зоны сбраживания в центре и снизу метантенка и не проходит через расположенную в верхней части метантенка кислотную зону с рН менее 7,0 активного расщепления, в которой осуществляется активная первая фаза анаэробного сбраживания симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов.A structural drawback of the above known installation for anaerobic digestion of solid waste in the form of a loading and unloading chain-scraper elevator integrated into the digester is that the branches of its elevator are transported only through the neutral and alkaline digestion zones in the center and bottom of the digester and do not pass through the located digester in the upper part of the digester, an acid zone with a pH of less than 7.0 active cleavage, in which the active first phase of anaerobic digestion is carried out biosome of cleaving / hydrolyzing / microorganisms.

Известен также способ последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, осуществляемый в метантенке по патенту РФ №2163750, согласно которому органические отходы перед их сбраживанием измельчают и разжижают до влажности пульпы 93±4% и по трубопроводу под напором вводят в межстенную камеру, где производят первую фазу кислого сбраживания, а вторую, фазу щелочного сбраживания, - выполняют в основном резервуаре метантенка с удалением из него в составе сброженной массы в виде осадка несброженную часть загруженных на сбраживание в метантенк органических отходов и несбраживаемых в отходы включений.There is also known a method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic waste, carried out in a digester according to the patent of the Russian Federation No. 2163750, according to which organic waste is ground and liquefied before it is fermented to a pulp moisture of 93 ± 4% and introduced into the inter-wall chamber through a pipeline under pressure, where the first the acidic fermentation phase, and the second, alkaline fermentation phase, - a digester is carried out in the main tank with the unfermented part of the charge being removed from it as part of the fermented mass in the form of a precipitate ennyh to digestion in the digester and non-fermentable organic waste in the waste inclusions.

Недостатком известного по патенту РФ №2163750 способа является то, что твердые органические отходы необходимо измельчать и разжижать перед их загрузкой в метантенк, а при наличии в составе бытовых отходов /мусора/ несбраживаемых веществ и предметов - их до загрузки в метантенк на сбраживание необходимо из отходов удалять.The disadvantage of the method known by the RF patent No. 2133750 is that solid organic waste must be crushed and liquefied before being loaded into a digester, and if domestic waste / garbage / non-fermentable substances and objects are present, it must be removed from waste before being loaded into a digester delete.

Недостатком в выполнении метантенка по патенту РФ №2163750 является отсутствие в его составе каких-либо технических средств по загрузке в него твердых отходов с различными несбраживаемыми включениями в них и по выгрузке их из него с отделением от сброженной массы.The disadvantage in the implementation of the digester according to the patent of the Russian Federation No. 2163750 is the absence in its composition of any technical means for loading into it solid waste with various non-fermentable inclusions in them and for unloading them from it with separation from the fermented mass.

Вместе с тем по своей технической сущности и достигаемому результату известные по патенту РФ №2163750 способ и метантенк являются наиболее близкими к изобретению.However, according to their technical nature and the achieved result, the method and digester known according to the patent of the Russian Federation No. 2163750 are the closest to the invention.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа и метантенка для его осуществления, которое устраняло бы приведенные выше недостатки известных способа и метантенка и обеспечило бы возможность осуществлять последовательное пофазное анаэробное сбраживание различных по своему состоянию сбраживаемых органических сельских и городских бытовых отходов /мусора/ с различными в их состав включениями без измельчения, сортировки и разжижения и обладало бы возможностью отделять и удалять несброженные отходы и несбраживаемые включения, обеспечивало бы наиболее полное расщепление /гидролизацию/ сбраживаемых органических веществ при выработке из них большего количества высококачественного обеззараженного жидкого минерализованного органического удобрения с наибольшим содержанием гумуса и стимуляторов роста и плодоношения разных растений, а также обеспечивало бы выработку наибольшего количества высококалорийного горючего биогаза.The objective of the present invention is to provide such a method and digester for its implementation, which would eliminate the above disadvantages of the known method and digester and would provide the ability to carry out sequential phase-by-phase anaerobic digestion of different in their state fermentable organic rural and urban household waste / garbage / with different waste composition by inclusions without grinding, sorting and liquefying and would have the ability to separate and remove unfermented waste and non-fermented in for prison, have provided the most complete splitting / hydrolyzation / fermentable organic matter in the formulation of these large amounts of high decontaminated liquid mineralized organic fertilizer with the highest content of humus and growth stimulants and fruiting of different plants, and would provide the greatest amount of production of high energy fuel biogas.

Согласно изобретению поставленная задача в выполнении способа достигается тем, что последовательное пофазное анаэробное сбраживание органических отходов осуществляют в метантенке, разделенном вертикальной не доходящей до его дна перегородкой на две неравные по объему камеры, в верхнюю часть меньшей из которых введен защищенный перфорированным ограждением загрузочно-разгрузочный элеватор отходов, где выполняют первую кислую фазу сбраживания симбиозом расщепляющих микроорганизмов при рН менее 7,0, а продукты их жизнедеятельности в виде жирных кислот, аминокислот и других выделений вводят во вторую фазу сбраживания в щелочной среде при рН более 7,2 метаногенными микроорганизмами в основном в большей камере метантенка при образовании ими горючего биогаза, тогда как несбраживаемые вещества и различные включения, загружаемые в метантенк на сбраживание в составе любых и в городских бытовых твердых отходах без их сортировки, выгружают элеватором из метантенка.According to the invention, the task in carrying out the method is achieved by the fact that sequential phase-by-phase anaerobic digestion of organic waste is carried out in a digester, divided by a vertical partition that does not reach its bottom, into two unequal chambers in volume, into the upper part of the smaller one a loading and unloading elevator protected by a perforated guard is introduced waste, where they perform the first acid phase of the digestion by symbiosis of decomposing microorganisms at a pH of less than 7.0, and their metabolic products in de fatty acids, amino acids and other secretions are introduced into the second phase of fermentation in an alkaline medium at a pH of more than 7.2 by methanogenic microorganisms, mainly in the larger chamber of the digester, when they form combustible biogas, while non-fermentable substances and various inclusions loaded into the digester for digestion in composition of any and in municipal solid waste without sorting, unload the elevator from the digester.

Достигается поставленная задача в выполнении способа и тем, что подогрев сбраживаемых в обособленных камерах отходов осуществляют в разных или в одинаковых температурных режимах, устанавливаемых в зависимости от состава, качества, влажности и количества загружаемых отходов.The task is achieved in the method and the fact that the waste fermented in separate chambers is heated in different or the same temperature conditions, set depending on the composition, quality, humidity and amount of waste loaded.

Поставленная задача в новом конструктивном выполнении метантенка для осуществления приведенного выше нового способа последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных сбраживаемых органических и бытовых отходов, содержащем изготавливаемый из разных материалов разделенный на обособленные камеры сбраживания герметичный резервуар круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане с днищем и куполом с патрубками подвода отходов и отвода сброженной массы, со средствами перемешивания и подогрева сбраживаемых отходов, патрубками отвода биогаза из камер метантенка, соединенных газопроводом с инжектором, взаимодействующим с теплообменником автоматически регулирующим температуру нагревателя и с насосом со своим всасывающим патрубком сбраживаемой в резервуаре массы, а также с напорным трубопроводом газожидкостной смеси, введенным в метантенк и соединенным с рассредоточителем потока, тогда как патрубки отвода биогаза из камер метантенка соединены между собой двумя параллельно обособленными газопроводами, в каждый из которых встроен редукционный клапан сброса давления биогаза в одной из камер по отношению к другой в устанавливаемых пределах, достигается в выполнении тем, что к куполу резервуара прикреплена не доходящая до днища перегородка, разделяющая резервуар на малую и большую сообщающиеся снизу камеры с газосборниками, сбоку в малой камере из которых сверху с противоположных сторон выполнены одинаковые горловины с введенным в одну из них и присоединенным к ней съемным цепочно-скребковым загрузочно-разгрузочным элеватором Г-образной формы с патрубками загрузки свежих отходов на сбраживание и выгрузки несброженных, приводом, ведущими и направляющими звездочками и горизонтально расположенными друг над другом и противоположно направленно работающими цепочно-скребковыми ветвями с перфорированным ограждением между ними, сбоку и сверху над ними, а в куполе над малой камерой выполнен патрубок отвода из нее биогаза, соединенный газопроводом с устройством газоотбора и приготовления подогреваемой газожидкостной смеси перемешивания сбраживаемой в резервуаре массы.The task in the new constructive implementation of the digester for the implementation of the above new method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of various fermentable organic and household waste, containing a sealed tank of round, oval, square, rectangular or polygonal shape, made of different materials, separated into separate fermentation chambers and a dome with nozzles for supplying waste and removal of the fermented mass, with means of mixing and heating with fermented waste, biogas discharge pipes from the digesters chambers connected by a gas pipeline to the injector, which interacts with the heat exchanger automatically adjusts the temperature of the heater and with the pump with its suction nozzle of the mass fermented in the tank, as well as with the gas-liquid mixture pressure pipe introduced into the digester and connected to the flow distributor , while the biogas discharge pipes from the digesters are interconnected by two parallel separate gas pipelines, in each of which The pressure reducing valve for biogas pressure relief in one of the chambers with respect to the other within the established limits is achieved by the fact that a partition that does not extend to the bottom is attached to the dome of the tank, dividing the tank into small and large chambers communicating from below with gas collectors, on the side in the small chamber of which identical necks are made from above from opposite sides with a removable chain-scraper loading and unloading elevator of a L-shaped form inserted into one of them and connected to it fresh waste for fermentation and unloading of non-fermented, driven, guiding and guiding sprockets and horizontally located one above the other and oppositely directed chain-scraper branches with perforated guards between them, side and top above them, and in the dome above the small chamber a branch pipe is made from it biogas connected by a gas pipeline to a gas sampling device and to prepare a heated gas-liquid mixture for mixing the mass fermented in the tank.

Отличается предлагаемый метантенк и тем, что объем его малой камеры составляет менее 30% от полного объема резервуара, при этом установка рабочих ветвей цепочно-скребкового загрузочно-разгрузочного элеватора в проектное положение производится на горизонтально расположенные направляющие, выполненные на перегородке и на противоположной стенке малой камеры резервуара, а на боковых перфорированных ограждениях рабочих ветвей элеватора выполнены взаимодействующие с направляющими установочные ролики, тогда как установка элеватора в малую камеру с его закреплением в ней производится в любую из двух противоположно выполненных горловин и закрытием крышкой второй.The proposed digester also differs in that the volume of its small chamber is less than 30% of the total tank volume, while the working branches of the chain-scraper loading and unloading elevator in the design position are made on horizontally arranged guides made on the partition and on the opposite wall of the small chamber reservoir, and on the side perforated barriers of the working branches of the elevator, installation rollers interacting with the guides are made, while installing the elevator in a small the camera with its fastening in it is made into any of two oppositely made necks and the second one is closed with a lid.

На чертежах схематично приведено устройство предлагаемого изобретением метантенка, где на фиг.1 показан схематично его общий вид в разрезе с присоединенными к нему взаимодействующих с ним устройств; на фиг.2 - показан вид на метантенк сверху; на фиг.3 - показан вид по А-А на фиг.2; на фиг.4 - вид по Б-Б на фиг.3; фиг.5 - вид фрагмента цепочно-скребкового элеватора сверху; на фиг.6 - вид фрагмента цепочно-скребкового элеватора на фиг.5 сбоку.The drawings schematically show the device of the inventive digester, where Fig. 1 shows schematically a general view in section with attached devices interacting with it; figure 2 - shows a view of the digester from above; figure 3 - shows a view aa in figure 2; figure 4 is a view along BB in figure 3; 5 is a top view of a fragment of a chain-scraper elevator; in Fig.6 is a side view of a fragment of a chain-scraper elevator in Fig.5.

Показанный на чертежах метантенк представляет собой герметичный резервуар 1, выполняемый в плане круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы и изготавливаемый из различных материалов с днищем 2 и куполом 3, имеет присоединенную к куполу 3 и не доходящую до днища 2 перегородку 4, разделяющую резервуар 1 на малую 5 и большую 6 камеры соответственно с газосборниками над ними 7 и 8. Сбоку в малой камере 5 с противоположных сторон соосно выполнены одноразмерные горловины 9 и 10 с присоединительными фланцами, в одну из которых введен и на болтах присоединен съемный цепочно-скребковый загрузочно-разгрузочный Г-образный элеватор 11 с патрубками загрузки свежих отходов 12 и выгрузки несброженных 13, приводом 14, ведущими 15 и направляющими 16 и 17 боковыми звездочками, горизонтально расположенными друг над другом и противоположно направленно работающими верхней 18 и нижней 19 цепочно-скребковыми ветвями с перфорированным ограждением /решето, сетка/ между ними 20, сбоку 21 и сверху 22 над ними. Патрубок выгрузки несброженных отходов 13 по высоте выполняют так, что отметка уровня перелива из него жидкости должна быть выше основания горловины газосборника 8 на величину "Н", значение которой по величине должно быть выше отметки уровня регулятора жидкости в резервуаре 1 с учетом того, что в соответствии с требованиями СНиП давление биогаза, устанавливаемое газгольдером в газопроводе 30, должно быть в пределах от 1,5 до 2,5 кПа /150-250 мм вод. столба/.The digester shown in the drawings is a sealed tank 1, made in plan of round, oval, square, rectangular or polygonal shape and made of various materials with a bottom 2 and a dome 3, has a partition 4 connected to the dome 3 and not reaching the bottom 2, dividing a reservoir 1 for small 5 and large 6 chambers, respectively, with gas collectors 7 and 8 above them. On the side in the small chamber 5, on the opposite sides, one-dimensional necks 9 and 10 are made coaxially with connecting flanges, in one of which driven and bolted on a removable chain-scraper loading and unloading L-shaped elevator 11 with nozzles for loading fresh waste 12 and unloading unfermented 13, a drive 14, leading 15 and guiding 16 and 17 side sprockets, horizontally located one above the other and working in the opposite direction upper 18 and lower 19 chain-scraper branches with a perforated fence / sieve, mesh / between them 20, side 21 and top 22 above them. The nozzle for unloading non-fermented waste 13 in height is performed so that the level mark of the overflow of liquid from it should be higher than the base of the neck of the gas collector 8 by an amount of "N", the value of which should be higher than the level of the level of the fluid regulator in the tank 1, taking into account that In accordance with the requirements of SNiP, the biogas pressure set by the gas holder in the gas pipeline 30 should be in the range from 1.5 to 2.5 kPa / 150-250 mm of water. pillar.

В куполе 3 над малой камерой 5 выполнен патрубок-газосборник 7 отвода из камеры 5 биогаза, соединенный газопроводом 23 с устройством газоотбора и приготовления подогреваемой газожидкостной смеси перемешивания сбраживаемой в резервуаре 1 массы в составе инжектора 24, теплообменника 25, нагревателя 26 с циркуляционным насосом 27, насоса 28 с всасывающим патрубком 29 сбраживаемой в малой камере 5 резервуара 1 массы. Между газопроводами 23 и 30 выполнены два параллельных газопровода 31 и 32, в первый из которых 31 встроен редукционный клапан 33 ввода биогаза из газопровода 30 в газопровод 23 при образовании в нем вакуума более 2,0 кПа /200 мм вод. столба/, а во второй газопровод 32 встроен редукционный клапан 34 ввода биогаза из газопровода 23 в газопровод 30 при образовании в нем давления биогаза более 2,5 кПа /250 мм вод. столба/. Для подогрева сбраживаемой массы в малой камере 5 в ней установлен радиатор 35, тогда как в большей камере 6 выполнен рассредоточитель потока 36, посредством которого выполняют как подогрев сбраживаемой в ней массы, так и перемешивание нагретой жидкостью из камеры 5 или нагретой газожидкостной смесью из инжектора 24. Радиатор 35 и рассредоточитель потока 36 соединены между собой и с инжектором 24 и теплообменником 25 трубопроводами, в которые встроены регулировочные вентили 37, 38, 39 и 40, обеспечивающие установление задаваемой температуры в камерах 5 и 6 и интенсивность жидкостного или газожидкостного перемешивания сбраживания массы в камере 6. Схема установки датчиков температуры и выполнения программного устройства управления температурным режимом в камерах 5 и 6, схема установки приборов определения рН сбраживаемой массы, установка приборов КИПА, как и устройство с выполнением теплоизоляции метантенка, на чертежах не показаны и их выполнение возможно во многих вариантах.In the dome 3 above the small chamber 5, there is a gas-collecting pipe 7 for withdrawing biogas from the chamber 5, connected by a gas pipe 23 to a gas sampling device and to prepare a heated gas-liquid mixture for mixing the mass fermented in the tank 1 as part of the injector 24, heat exchanger 25, heater 26 with a circulation pump 27, a pump 28 with a suction pipe 29 fermented in a small chamber 5 of the reservoir 1 of the mass. Between the gas pipelines 23 and 30 two parallel gas pipelines 31 and 32 are made, the first of which 31 has a pressure reducing valve 33 for introducing biogas from the gas pipeline 30 into the gas pipeline 23 when a vacuum of more than 2.0 kPa / 200 mm of water is formed in it. column /, and in the second gas pipeline 32, a pressure reducing valve 34 for introducing biogas from the gas pipeline 23 into the gas pipeline 30 is built in when the biogas pressure in it exceeds 2.5 kPa / 250 mm of water. pillar. To heat the fermentable mass in the small chamber 5, a radiator 35 is installed in it, while in the larger chamber 6 a flow distributor 36 is made, by means of which both heating the fermentable mass in it and mixing with the heated liquid from the chamber 5 or the heated gas-liquid mixture from the injector 24 The radiator 35 and the flow diffuser 36 are interconnected with the injector 24 and the heat exchanger 25 by pipelines into which the control valves 37, 38, 39 and 40 are installed, which ensure the setting of the set temperature in the chambers 5 and 6 and the intensity of liquid or gas-liquid mixing of the fermentation of the mass in the chamber 6. The installation diagram of temperature sensors and the implementation of the software for controlling the temperature regime in the chambers 5 and 6, the installation diagram of the devices for determining the pH of the fermented mass, the installation of instrumentation, as well as the device with thermal insulation digester, not shown in the drawings and their implementation is possible in many ways.

Уровень жидкости в резервуаре 1, с учетом величины давления биогаза в газопроводе 30, устанавливают шибером 41 переливной трубы 42, тогда как для опорожнения резервуара 1 выполнен сливной патрубок 43.The liquid level in the tank 1, taking into account the biogas pressure in the gas pipe 30, is set by the gate 41 of the overflow pipe 42, while a drain pipe 43 is made to empty the tank 1.

Выполнение съемного цепочно-скребкового загрузочно-разгрузочного Г-образного элеватора 11 предусматривает простоту и удобство его установки в проектное положение в горловину 9 или 10 и съем его при необходимости на ревизию, ремонт и регулировку, что обеспечивается выполнением на его боковинах 21 роликов 44, перемещаемых по направляющим 45 и выполненных в камере 5 на перегородке 4 и на противоположной стенке резервуара 1. В качестве рабочих ветвей элеватора 11 использованы тяговые цепи 46 с закрепленными на них скребками 47. Для предотвращения заиливания камеры 5 различными мелкими несбраживаемыми веществами и минеральными осадками /грунт, песок, мелкий щебень и др./ нижнее ограждение 48 рабочих ветвей 18 и 19 цепочно-скребкового загрузочно-разгрузочного элеватора 11 выполняют сплошным. Соединение элеватора 11 с присоединительными фланцами горловин 9 или 10, как и глухой к ним крышки 49, осуществляется болтами 50, тогда как для обеспечения перегруза сбраживаемых отходов с верхней ветви 18 на нижнюю 19 в конце промежуточной межветвевой перфорации 20 выполнено перегрузочное окно 51.The implementation of a removable chain-scraper loading and unloading L-shaped elevator 11 provides for the simplicity and convenience of its installation in the design position in the neck 9 or 10 and if necessary, it will be removed for revision, repair and adjustment, which is achieved by performing 21 rollers 44 on its sides along the guides 45 and made in the chamber 5 on the partition 4 and on the opposite wall of the reservoir 1. As the working branches of the elevator 11, traction chains 46 with scrapers 47 fixed on them are used. pouring the chamber 5 with various small non-fermentable substances and mineral sediments / soil, sand, fine gravel and other / lower guard 48 of the working branches 18 and 19 of the chain-scraper loading and unloading elevator 11 are solid. The connection of the elevator 11 with the connecting flanges of the necks 9 or 10, as well as the cover 49 deaf to them, is carried out by bolts 50, while for overloading the fermented waste from the upper branch 18 to the lower 19 at the end of the intermediate branching perforation 20, an overload window 51 is made.

Работа предлагаемого изобретением метантенка по осуществлению способа последовательного пофазного анаэробного сбраживания неизмельченных твердых и жидких сбраживаемых органических отходов, -в зависимости от вида, качества, количества и влажности сырья, выработки из него требуемого количества и качества горючего биогаза и жидкого минерализованного органического удобрения, необходимости обеспечения эффективного обеззараживания сбраживаемых отходов от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков, - может осуществляться в широком диапазоне размеров и производительности различной формы метантенков из разных материалов, изменяемых суточных доз одноразовой, цикличной или непрерывной загрузки отходами при температурах сбраживания от +10 до +60°С, что назначается технологическим регламентом конкретного использования метантенка избранной емкости и формы изготовления с учетом местных климатических условий.The work of the inventive digester for the implementation of the method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of unmilled solid and liquid fermentable organic waste, depending on the type, quality, quantity and humidity of the raw material, the production of the required quantity and quality of combustible biogas and liquid mineralized organic fertilizer, the need to ensure effective disinfection of fermentable waste from pathogenic microflora, helminths, their eggs and weed seeds - can be carried out I am in a wide range of sizes and performance of various forms of digesters from different materials, variable daily doses of disposable, cyclical or continuous waste loading at fermentation temperatures from +10 to + 60 ° C, which is prescribed by the technological regulations for the specific use of the digester of the selected capacity and manufacturing form, taking into account local climatic conditions.

Последовательное пофазное анаэробное сбраживание твердых неизмельченных различных сбраживаемых органических отходов с содержанием в их составе разных несбраживаемых веществ и предметов, образуемых как в сельском и в коммунальном хозяйстве, в производственных и бытовых условиях фабрик, ферм, комплексов, индивидуальных домов и усадеб, дачных и садово-огородных участках, так и на пищевых и им подобных предприятиях общественного питания, столовых, ресторанах, кафе и др., в предложенном изобретением метантенке выполняют следующим образом.Consistent phase-by-phase anaerobic digestion of solid unmilled various fermentable organic wastes containing various non-fermentable substances and objects formed in agriculture and public utilities, production and living conditions of factories, farms, complexes, individual houses and estates, country houses and gardens garden plots, and at food and similar catering establishments, canteens, restaurants, cafes, etc., in the digesters proposed by the invention are performed as follows.

Свежие или несколько подсушенные или подвяленные и подгнившие неизмельченные различные сбраживаемые твердые и жидкие органические отходы в пределах лабораторно установленной суточной дозы их сбраживания - одноразово, циклично или непрерывно - при вращении привода 14 ежесуточно загружают в патрубок 12 на верхнюю ветвь 18 при равномерном и равноплотном разравнивании. При одноразовой загрузке суточной дозы отходов их размещают примерно на 1/3-1/4 общей длины элеватора, т.е. от уровня жидкости у патрубка 12 до положения окна перегрузки 51, показанного на фиг.3 дуговой стрелкой, что обеспечивает полное погружение свежих отходов в сбраживаемую в камере 5 резервуара 1 жидкую заранее приготовленную массу из органических веществ, каковыми могут быть экскременты или навоз животных и птицы или сброженная в другом метантенке масса. Первично загруженные твердые органические отходы, при одноразовой их загрузке в патрубок 12, сутки выдерживают на ветви 18 в кислой среде при рН менее 7,0 первой фазы анаэробного сбраживания симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов при образовании как жидких и газообразных продуктов распада органического вещества, так и жидких и газообразных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов в виде жирных кислот, аминокислот и других выделений, стекающих вниз через перфорированное ограждение 21 и 22 в сбраживаемую в камере 5 массу и выходе газа при этом через газосборник 7.Fresh or slightly dried or dried and decayed unmilled various fermentable solid and liquid organic wastes within the laboratory-determined daily dose of their fermentation - once, cyclically or continuously - when the drive 14 is rotated, they are daily loaded into the nozzle 12 on the upper branch 18 with uniform and equal density leveling. With a one-time loading of the daily dose of waste, they are placed approximately 1 / 3-1 / 4 of the total length of the elevator, i.e. from the liquid level at the nozzle 12 to the position of the overload window 51, shown in figure 3 by an arc arrow, which ensures complete immersion of fresh waste in the liquid pre-prepared mass of organic substances that is fermented in the chamber 5 of the tank 1, which may be excrement or animal and bird manure or mass fermented in another digester. Primarily loaded solid organic waste, when they are loaded once into the nozzle 12, is kept for 24 hours on branch 18 in an acidic environment at pH less than 7.0 of the first phase of anaerobic digestion by symbiosis of decomposing / hydrolyzing / microorganisms during the formation of both liquid and gaseous decomposition products of organic matter, and liquid and gaseous waste products of microorganisms in the form of fatty acids, amino acids and other secretions flowing down through the perforated fence 21 and 22 into the mass fermented in the chamber 5 and the gas outlet in this case through the gas collector 7.

В зависимости от вида и качества первично загруженных твердых и жидких отходов, их количества и габаритов отдельных составляющих не всегда за одни сутки может быть обеспечено полное сбраживание всей загруженной и размещенной на ветви 18 массы в первой фазе, что обуславливает необходимость продлить время сбраживания для недосброженной части первой дозы суточной их загрузки путем перегруза ее на нижнюю ветвь 19. Осуществление перегруза и увеличение тем самым времени проведения первой фазы сбраживания первично загруженной суточной дозы отходов автоматически выполняется при загрузке через сутки следующей суточной дозы отходов. При этом остатки недосброженных твердых отходов первой дозы суточной загрузки, как и несбраживаемые неорганические включения, загруженные в метантенк в составе твердых отходов без их сортировки, перегружаются через окно 51 с ветви 18 на ветвь 19, а ветвь 18 через патрубок 12 будет заполнена следующей суточной дозой отходов, тогда как на ветви 19 к концу вторых суток будет осуществлено полное досбраживание ранее загруженной органической части первой дозы отходов. На третий день, при загрузке очередной суточной дозы отходов на ветвь 18, автоматически осуществляется перегруз как недосброженной на ветви 18 второй суточной дозы на ветвь 19, так и с ветви 19 через патрубок 13 будет осуществлен выгруз несброженной части первой суточной дозы отходов и несбраживаемых неорганических включений.Depending on the type and quality of the initially loaded solid and liquid wastes, their quantity and dimensions of the individual components, it is not always possible for one day to completely ferment the entire mass loaded and placed on branch 18 in the first phase, which necessitates extending the fermentation time for the non-fermented part the first dose of their daily load by overloading it on the lower branch 19. Implementation of the overload and thereby increasing the time of the first phase of fermentation of the initially loaded daily dose from moves are automatically performed when the next daily dose of waste is loaded after 24 hours. In this case, the remnants of non-fermented solid waste of the first daily loading dose, as well as non-fermentable inorganic inclusions loaded into the digester as part of the solid waste without sorting, are transferred through window 51 from branch 18 to branch 19, and branch 18 through pipe 12 will be filled with the next daily dose waste, whereas on branch 19, by the end of the second day, the previously loaded organic part of the first dose of waste will be fully fermented. On the third day, when the next daily dose of waste is loaded onto branch 18, both the non-fermented on branch 18 of the second daily dose is transferred to branch 19 and from branch 19 through branch 13, the unfermented part of the first daily dose of waste and unfermented inorganic inclusions will be unloaded .

Для малоразмерных и легкосбраживаемых твердых органических отходов /навоз крупного рогатого скота, свиней и птицы, растительные отходы полей и личных участков/ доза одноразовой суточной загрузки может быть увеличена вдвое и за одну их загрузку в сутки могут быть заполнены твердыми отходами одновременно обе ветви 18 и 19 на всю их длину горизонтальной части, т.е. почти весь погруженный в жидкость цепочно-скребковый элеватор 11, что обеспечивает наиболее высокую производительность метантенка.For small and lightly digestible solid organic waste / manure of cattle, pigs and poultry, vegetable waste from fields and private plots / dose of a one-time daily load can be doubled, and for one loading per day, both branches 18 and 19 can be filled with solid waste over their entire length of the horizontal part, i.e. almost the entire chain-scraper elevator 11 immersed in liquid provides the highest performance of the digester.

При осуществлении цикличной или непрерывной загрузки твердых и жидких отходов в загрузочный патрубок 12 элеватора 11 приведенные выше операции сбраживания выполняют в той же последовательности, что и при одноразовой, но при меньших скоростях перемещения ветвей 18 и 19 элеватора 11 в соответствии с временем между загрузками.When cyclic or continuous loading of solid and liquid waste into the loading pipe 12 of the elevator 11 is carried out, the above fermentation operations are performed in the same sequence as for a one-time, but at lower speeds, the branches 18 and 19 of the elevator 11 in accordance with the time between downloads.

Одноразовая, цикличная, непрерывная или комбинация вариантов их загрузок твердыми отходами патрубка 12 элеватора 11 обеспечивают за время выполнения первой фазы сбраживания соответствующее поступление жидких и газообразных продуктов распада сбраживаемых твердых и жидких органических отходов расщепляющими /гидролизующими/ микроорганизмами в сбраживаемую в большей камере 6 резервуара 1 во второй фазе массу с образованием в ней метаногенными микроорганизмами горючего биогаза, поднимающегося вверх в газосборник 8. Приведенный выше порядок загрузки метантенка отходами обуславливает строгую последовательность в выполнении пофазности анаэробного сбраживания в обособленных снизу сообщающихся камерах 5 и 6 с установлением кислой среды первой фазы с рН менее 7,0 в малой камере 5 и щелочной среды второй фазы с рН более 7,2 в большей камере 6 с введением в камеру 6 из камеры 5 всех жидких и газообразных продуктов распада органического вещества органических отходов и продуктов жизнедеятельности симбиоза расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов и их выделений. Активно этому способствуют как газожидкостное перемешивание сбраживаемой в камере 6 массы продуктами распада из камеры 5, так и широкая возможность в установлении наиболее эффективных температур сбраживания обособленно в каждой из камер 5 и 6.Disposable, cyclic, continuous, or a combination of solid waste loading options of the pipe 12 of the elevator 11 ensures during the first phase of the fermentation that the liquid and gaseous decomposition products of the fermentable solid and liquid organic waste are adequately disintegrated by digesting / hydrolyzing / microorganisms into the fermentation tank 6 in the larger chamber 6 of tank 1 the second phase is a mass with the formation in it of methanogenic microorganisms of combustible biogas rising up into the gas collector 8. The above order the loading of the digester by waste determines a strict sequence in performing the phase-by-phase anaerobic digestion in separate communicating chambers 5 and 6 with the establishment of an acidic medium of the first phase with a pH of less than 7.0 in a small chamber 5 and an alkaline medium of a second phase with a pH of more than 7.2 in a larger chamber 6 with the introduction into the chamber 6 from the chamber 5 of all liquid and gaseous decomposition products of the organic matter of organic waste and the waste products of the symbiosis of decomposing / hydrolyzing / microorganisms and their secretions. This is actively promoted by both gas-liquid mixing of the mass fermented in the chamber 6 with decay products from the chamber 5, and the wide possibility to establish the most effective fermentation temperatures separately in each of the chambers 5 and 6.

Для метантенков малых объемов /примерно от 1 до 12-15 м³ общей их емкости/, использование которых предназначается в основном для сельского дома и усадьбы, дачных и садово-огородных участков может быть применен цепочно-скребковый элеватор 11 с ручным приводом 14 при использовании его преимущественно для одноразовой загрузки отходами в сутки или один раз за 2-3 и более суток, так как длительный перерыв между загрузками свежими твердыми сбраживаемыми органическими отходами, что подтверждено многолетним опытом, не приостанавливает процесс их сбраживания и отражается лишь на производительности метантенка и суточной выработке биогаза и его калорийности, тогда как прекращение подогрева сбраживаемой массы утепленного метантенка на длительное время также не приостанавливает процесс сбраживания, но снижает его производительность.For small-sized digesters (from about 1 to 12-15 m ^{3 of} their total capacity), the use of which is mainly intended for a rural house and manor, summer cottages and garden plots, a chain-scraper elevator 11 with a manual drive 14 can be used when using it is predominantly for a one-time load of waste per day or once for 2-3 or more days, since a long break between loads of fresh solid fermentable organic waste, which is confirmed by many years of experience, does not stop the process of their disposal life and is reflected only in the productivity of the digester and the daily production of biogas and its calorie content, while the cessation of heating of the fermented mass of the insulated digester for a long time also does not stop the digestion process, but reduces its productivity.

Сбраживание твердых органических отходов в метантенке с встроенным в него цепочно-скребковым загрузочно-разгрузочным элеватором выявило высокую и надежную его работоспособность при использовании различных по составу неизмельченных твердых отходов из навоза животных и птицы, растительных отходов и поврежденных плодов. Так, например, в первой фазе сбраживания на опытной установке на птицефабрике были полностью расщеплены /гидролизованы/ включенные в твердый помет кур их неизмельченные маховые перья, сброшенные курами при линьке.Fermentation of solid organic waste in a digester with a chain-scraper loading and unloading elevator built into it revealed its high and reliable performance when using different composition of unmilled solid waste from animal and poultry manure, vegetable waste and damaged fruit. So, for example, in the first phase of fermentation in a pilot plant at the poultry farm, their unshredded feathers, thrown by chickens when molted, were completely split / hydrolyzed / included in the solid litter of chickens.

Последовательное выполнение операций обособленного пофазного сбраживания неизмельченных твердых органических отходов обеспечивает полное их расщепление /гидролизацию/ с образованием из продуктов их распада горючего биогаза и жидких минерализованных органических обеззараженных удобрений без осадка в них, что позволяет на очистных станциях городских сточных вод существенно снизить потребность в устройстве иловых площадок для анаэробно сброженных в метантенках осадков отстойников и избыточного активного ила аэротенков.The sequential performance of operations of separate phase-by-phase fermentation of unmilled solid organic waste ensures their complete decomposition / hydrolysis / with the formation of combustible biogas and liquid mineralized organic disinfected fertilizers from their decomposition products without sediment in them, which allows significantly reducing the need for sludge treatment at municipal wastewater treatment plants sites for sediment sedimentation tanks and excess activated sludge aeration tanks fermented in anaerobic digesters.

Claims

1. The method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of solid and liquid organic and household fermentable waste with the production of combustible biogas and liquid mineralized organic fertilizers disinfected from pathogenic microflora, helminths, their eggs and weed seeds with the highest content of humus and growth stimulators and fruiting of different plants characterized in that the sequential phase-by-phase anaerobic digestion of organic fermentable waste is carried out in a digester, divided by vertical a septum up to its bottom into two chambers of unequal volume, into the upper part of the smaller one a waste loading and unloading elevator protected by a perforated fence is introduced, where the first acidic phase of the digestion of decomposing microorganisms is performed by symbiosis at pH less than 7.0, and the waste products of the organic matter decomposition and the vital activity of microorganisms in the form of fatty acids, amino acids and other secretions is introduced into the second phase of fermentation in an alkaline medium at pH 7.2 by methanogenic microorganisms, mainly in large th digester chamber during the formation of biogas fuel, whereas non-fermentable substances and various inclusions that are downloaded on to the fermentation digester as part of any and urban municipal solid waste without sorting, unloading elevator from the digester.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the waste disinfected in separate chambers is carried out in different or identical temperature conditions, set depending on the composition, quality, humidity and amount of waste loaded.

3. A digester for carrying out sequential phase-by-phase anaerobic digestion of solid and liquid organic and household fermentable wastes, containing a sealed reservoir of round, oval, square, rectangular or polygonal shape made with different materials, divided into separate fermentation chambers in plan with a bottom and a dome with supply pipes and removal of the fermented mass, with means of mixing and heating the fermented waste, pipes of biogas removal from the digesters chambers connected by gas a wire with an injector interacting with a heat exchanger that automatically controls the temperature of the heater, and with a pump with its suction nozzle of the mass fermented in the tank, as well as with the pressure pipe of the gas-liquid mixture introduced into the digester and connected to the flow diffuser, while the nozzles of the biogas outlet from the digester chambers interconnected by two parallel isolated gas pipelines, each of which has a biogas pressure relief valve in one of the chambers in relation to each other d within the established limits, characterized in that a partition not reaching the bottom is attached to the dome of the tank, dividing the tank into small and large chambers communicating from below with gas collectors on the side, in a small chamber of which identical necks are made from above on the opposite sides with the introduction of one of them and L-shaped removable chain-scraper loading and unloading elevator connected to it with fresh waste loading pipes for fermentation and unloading of non-fermented drives, leading and guiding by the houses and horizontally located one above the other and oppositely working chain-scraper branches of the elevator with a perforated fence between them, and in the dome above the small chamber a biogas outlet pipe is made, connected by a gas pipeline to a gas sampling device and to prepare a heated gas-liquid mixing mixture fermented in a large tank masses.

4. The digester according to claim 3, characterized in that the volume of its small chamber is less than 30% of the total volume of the tank.

5. The digester according to claim 3, characterized in that the working branches of the chain-scraper loading and unloading elevator are installed in the design position on horizontally arranged guides made on the partition and on the opposite wall of the small chamber of the tank, and on the side perforated barriers of the working branches of the elevator made interacting with the guide rollers.

6. The digester according to claim 3, characterized in that the installation of the elevator in a small chamber with its fastening in it is carried out in any of two oppositely made necks and closing the lid of the second.