RU2423323C2 - Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения - Google Patents
Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423323C2 RU2423323C2 RU2009121305/05A RU2009121305A RU2423323C2 RU 2423323 C2 RU2423323 C2 RU 2423323C2 RU 2009121305/05 A RU2009121305/05 A RU 2009121305/05A RU 2009121305 A RU2009121305 A RU 2009121305A RU 2423323 C2 RU2423323 C2 RU 2423323C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biogas
- gas
- hydrolysis
- boiler
- separator
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
- C12M43/08—Bioreactors or fermenters combined with devices or plants for production of electricity
Abstract
Изобретение относится к техническим средствам для обезвреживания и утилизации высококонцентрированных органических отходов (осадков, илов), возникающих при биологической очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод. Установка для анаэробной переработки органических субстратов в биогаз и удобрения содержит последовательно расположенные накопитель исходного субстрата 1, аппарат гидролиза 2, метантенк 6, сепаратор эффлюента 13, ТЭЦ для получения энергии из биогаза 22 и котел для сжигания твердых отходов гидролиза 17. Аппарат гидролиза снабжен устройством для барботажа воздуха 3, между метантенком и сепаратором эффлюента размещен флотатор 9, устройство для барботажа воздуха 10 которого совместно с устройством для барботажа воздуха аппарата гидролиза связаны с компрессором 19 с газомоторным приводом 20 на биогазе, причем сепаратор эффлюента 13 и накопитель исходного субстрата выполнены герметичными, а их газовое пространство совместно с газовым пространством аппарата гидролиза и флотатора посредством газопровода связано с газовым котлом-утилизатором 16, который посредством линии циркуляции теплоносителя связан в свою очередь с котлом для сжигания твердых отходов гидролиза, газомоторным приводом компрессора и ТЭЦ для получения энергии из биогаза. Установка позволяет повысить энергетическую и экологическую эффективность процесса переработки органических отходов в биогаз и удобрения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к техническим средствам для обезвреживания и утилизации высококонцентрированных органических отходов (осадков, илов), возникающих при биологической очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод, переработке различных видов продукции АПК, и может быть также полезно при переработке бесподстилочного навоза (помета) сельскохозяйственных животных (птицы), а именно к установкам (сооружениям, комплекса) двухфазной анаэробной переработки органических субстратов, причем первая анаэробная фаза биологической переработки предназначена в основном для получения питательной среды для метаногенных микроорганизмов второй анаэробной фазы. Такое техническое решение является одним из известных и доступных методов интенсификации процесса анаэробной переработки органических субстратов в целом.
Известно устройство такого назначения, см.книгу авт.Гюнтер Л.И., Гольдфар Л.Л. «Метантенки», М.: «Стройиздат», 1991. После уплотнения сырой осадок поступает в анаэробный биореактор первой фазы, в котором реализуется кислотогенная и гидролитическая стадии анаэробного процесса.
В процессе гидролиза происходит переход основной массы исходного органического вещества в растворенное состояние, в результате чего возникают необходимые условия для их быстрой (до 1 сут) переработки в высшие жирные кислоты, спирты и другие компоненты посредством кислотогенных анаэробных бактерий. Процесс осуществляется в термо- или мезофильных условиях, причем гидролитические и кислотогенные группы бактерий характеризуются менее жесткими требованиями к анаэробиозу, колебаниям температуры и состава исходного субстрата в сравнении с метаногенными группами бактерий. При этом осуществляется интенсивное перемешивание содержимого биореактора первой фазы; согласно новейшим исследованиям (см.статью авт.Гюнтер Л.И., Кольцовой З.М. «Тенденции в развитии метанового сбраживания органических отходов», «Водоснабжение и санитарная техника», №9, с.13, 1993) введение в реакционную среду воздуха не приводит к замедлению процесса кислотообразования.
Полученная таким образом питательная среда подается в анаэробный биореактор второй фазы, в котором осуществляется получение целевых продуктов - биогаза и эффлюента. Фазовое разделение процесса позволяет получить биогаз с более высоким содержанием метана - до 70%, а также существенно снизить суммарный объем биореакторов. Например, гидролиз в термофильном режиме (55°С) в течение 6 часов и термофильный метаногенез в течение 1 суток позволяют достичь выхода биогаза более трех объемов с объема биореактора при снижениях ХПК на 55%.
Из анаэробного биореактора второй фазы эффлюент поступает в уплотнитель (сепаратор) для разделения на жидкую и твердую (сгущенную) фракции. На основе сгущенной фракции получают обеззараженные и стабилизированные удобрения; жидкая фракция после доочистки, например, с использованием аэробных методов, может быть сброшена в окружающую природную среду или использована для приготовления технической воды.
Основными недостатками рассмотренного технического решения являются:
- значительное негативное воздействие на окружающую природную среду за счет эмиссии вредоносных газов (аммиак, сероводород, диоксид углерода, меркантаны) в атмосферу из биореактора первой фазы, а также значительного количества органических твердых отходов, образующихся в процессе гидролиза и кислотогенеза;
- высокий уровень капитальных затрат на реакционную аппаратуру первой фазы (в первую очередь, из-за необходимости использования мощных циркуляционных насосов или механических перемешивающих устройств) и на уплотнитель (сепаратор) эффлюента.
Значительные объемы уплотнителя гравитационного типа (отстойника) объясняются низкой эффективностью процесса осаждения взвесей из-за наличия остаточного эффекта газовыделения, возникающего в нижней части уплотнителя по мере накопления осадка. При этом ухудшается также качество жидкой фракции эффлюента из-за роста концентрации в ней взвешенных веществ, что в конечном счете приводит к увеличению расхода энергии на последующую аэрацию.
В известной степени указанные недостатки устранены в установке, представленной в журнале «Энергосбережение и водоподготовка» (ст.»Биогазовая установка», авт.Швагер М.Ю., Корсакевич В.В, «Э и В2, №4(54), 2008 г, принятой в качестве прототипа.
Исходный навоз с фермы поступает в накопитель отходов и далее в гидролизную установку (анаэробный биореактор первой фазы).
Подготовленная биомасса из гидролизной установки подается в метантенк (анаэробный биореактор второй фазы). Эффлюент из метантенка поступает в сепаратор; твердая фракция направляется на приготовление удобрений, жидкая фракция - на доочистку. Биогаз, отводимый из метантенка, направляется в ТЭЦ для получения электрической и тепловой энергии. Часть жидкой фракции расходуется на создание рециркуляционного потока на вход гидролизной установки.
Преимущество данной установки перед рассмотренным ранее аналогом заключается в наличии ТЭЦ, позволяющей утилизировать биогаз с общим кпд не менее 80% путем получения механической (электрической) и тепловой энергии в двигателе внутреннего сгорания.
Основным недостатком данного устройства является высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха газами процесса гидролиза, а также высокий уровень капитальных затрат на механические перемешивающие устройства гидролитической установки и механический сепаратор.
Дополнительными недостатками являются эмиссия дурно пахнущих газов из накопителя и потери биогаза при обработке эффлюента в сепараторе. Кроме того, на работу механического сепаратора расходуется электрическая энергия.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение энергетической и экологической эффективности процесса переработки органических отходов в биогаз и удобрения.
Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является снижение уровней отрицательного воздействия устройства на окружающую природную среду, капитальных затрат при сохранении высокой энергетической эффективности всего процесса в целом.
Технический результат достигается тем, что в установке для анаэробной переработки органических субстратов в биогаз и удобрения, содержащей последовательно расположенные накопитель исходного субстрата, аппарат гидролиза, метантенк, сепаратор эффлюента, ТЭЦ для получения энергии из биогаза и котел для сжигания твердых отходов гидролиза, согласно изобретению аппарат гидролиза снабжен устройством для барботажа воздуха, между метантенком и сепаратором эффлюента размещен флотатор, устройство для барботажа воздуха которого совместно с устройством для барботажа воздуха аппарата гидролиза связаны с компрессором с газомоторным приводом на биогазе, причем сепаратор эффлюента и накопитель исходного субстрата выполнены герметичными, а их газовое пространство совместно с газовым пространством аппарата гидролиза и флотатора посредством газопровода связано с газовым котлом-утилизатором, который посредством линии циркуляции теплоносителя связан в свою очередь с котлом для сжигания твердых отходов гидролиза, газомоторным приводом компрессора и ТЭЦ для получения энергии из биогаза.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная технологическая схема установки.
Установка содержит накопитель исходного субстрата 1, подключенный с одной стороны к его источнику, с другой - к аппарату гидролиза 2. В нижней части аппарата гидролиза помещено устройство для барботажа воздуха 3.
Аппарат гидролиза 2 выполнен герметичным, в верхней части аппарата размещен патрубок для отвода газов 4. Разгрузка аппарата гидролиза 2 осуществляется посредством гидрозатвора 5, который связан с метантенком 6. Метантенк 6 представляет собой герметичный анаэробный биореактор известной конструкции, снабженный средствами подогрева и перемешивания биомассы (не показаны). Отвод эффлюента из метантенка 6 осуществляется посредством гидрозатвора 7, биогаза - через патрубок 8. Разгрузочный конец гидрозатвора 7 связан с флотатором 9, который оснащен устройством для барботажа воздуха 10. В верхней части флотатора 9 размещены патрубки отвода флотоконцентрата 11 и газов 12. Патрубок 11 связан с сепаратором эффлюента 13, представляющим собой герметичный аппарат для гравитационного разделения флотоконцентрата. Жидкий эффлюент отводится из верхней части сепаратора 13, сгущенный - из нижней. В верхней части сепаратора эффлюента 13 предусмотрен патрубок 14 для отвода газов. Патрубки 4, 12 и 14, а также накопитель исходного субстрата 1 посредством газопровода 15 связаны с газовым котлом-утилизатором 16. Нижняя часть аппарата гидролиза 2 связана с котлом для сжигания твердых отходов 17. Устройства для барботажа воздуха 3 и 10 воздуховодом 18 связаны с компрессором 19, который оснащен газомоторным приводом 20. Патрубок 8 метантенка 6 посредством газопровода 21 связан с ТЭЦ 22, в которой химическая энергия биогаза преобразуется в механическую и тепловую энергию, а также с газомоторным приводом 20. ТЭЦ 22 посредством линии циркуляции теплоносителя 23 последовательно связана с газомоторным приводом 20, котлом для сжигания твердых отходов 17 и газовым котлом-утилизатором 16. Продукты сгорания биогаза от газомотрного привода 20 поступают по газопроводу 24 в ТЭЦ 22, где их тепловая энергия утилизируется. Охлажденные продукты сгорания по газопроводу 25 подаются на доочистку в аппарат каталитического дожигания 26 и далее по выхлопному тракту 27 выбрасываются в атмосферу. Товарный биогаз поступает потребителю по газопроводу 28, теплоноситель по сети 29. Дополнительно к газам, подаваемым в котел-утилизатор 16 по газопроводу 15, может подводиться биогаз по отводному газопроводу 30.
Установка работает следующим образом.
Исходный субстрат подается в накопитель 1 и далее в аппарат гидролиза 2. Интенсивное перемешивание субстрата в аппарате гидролиза 2 осуществляется посредством воздуха, вводимого в нижнюю часть корпуса аппарата через устройство для барботажа 3. Образовавшиеся при этом газы через патрубок 4 отводятся в газопровод 15 и далее на сжигание в котел-утилизатор 16. Обработанный субстрат через гидрозатвор 5 выводится в метантенк 6, твердые отходы (в основном легниноцеллюлоза) - в котел для сжигания 17. Образовавшийся в метантенке 6 биогаз по газопроводу 21 отводится в ТЭЦ 22 и газомоторный привод 20 компрессора 19. Эффлюент посредством гидрозатвора 8 выводится во флотатор 9, который оснащен устройством для барботажа воздуха 10. Сжатый воздух для осуществления процессов перемешивания и флотации подается через воздуховод 18 компрессором 19, который приводится в действие газомоторным приводом 20 на биогазе. Образовавшийся во флотаторе 9 флотоконцентрат через патрубок 11 поступает на дальнейшее сгущение в сепаратор 13, а газы из флотатора 9 и сепаратора 13 (в основном смесь биогаза и воздуха) через патрубки 12 и 14 отводятся через газопровод 15 на сжигание в котел-утилизатор 16.
Применение воздушного барботажа в аппаратуре гидролиза 2 и флотаторе 9 позволяет отказаться от громоздких малонадежных и дорогих механических устройств для перемешивания и флотации, а сжигание отводимых газов в сочетании с утилизацией тепловой энергии в газомоторном приводе позволяет существенно снизить замыкающие энергозатраты на осуществление данных процессов.
Дополнительно снижается суммарный объем аппаратов сгущения - флотатора 9 и сепаратора 13, так как во флотаторе применяется процесс с высокой удельной нагрузкой (в 10-15 раз выше, чем при гравитационном уплотнении), а в сепараторе процесс гравитационного уплотнения осуществляется в отсутствие биофлотации. Остаточное газовыделение подавляется в процессе аэрации эффлюента во флотаторе. Сгущенный эффлюент из сепаратора 13 подается на участок приготовления удобрений, жидкая фракция - на доочистку. Продукты сгорания биогаза из газомоторного привода 20 компрессора 19 отводятся через газопровод 24 в блок утилизации внутри ТЭЦ 22 (не показан)) и далее, по газопроводу 25 вместе с продуктами сгорания из газового двигателя ТЭЦ, котла-утилизатора 16 и котла сжигания твердых отходов 17 поступают на доочистку (в основном от окислов азота и серы) в аппарат каталитического дожигания, и далее по выхлопному тракту 27 выбрасываются в атмосферу. Теплоноситель из систем теплоснабжения установки и товарной теплофикации подогревается в котле-утилизаторе 16, котле сжигания твердых отходов 17, рубашке газомоторного привода 20 и далее поступает в блок утилизации ТЭЦ 22 для нагревания до рабочей температуры и распределения по сети 29. Недостаток горючих составляющих газов, подаваемых в котелутилизатор 16 по газопроводу 15, компенсируется дополнительной подачей биогаза из газопровода 30.
Таким образом, при функционировании установки достигается достаточно полная утилизация и обезвреживание газообразных и иных отходов рабочих процессов, что в конечном счете приводит к снижению уровня загрязнения окружающей среды.
Claims (1)
- Установка для анаэробной переработки органических субстратов в биогаз и удобрения, содержащая последовательно расположенные накопитель исходного субстрата, аппарат гидролиза, метантенк, сепаратор эффлюента, ТЭЦ для получения энергии из биогаза, отличающаяся тем, что аппарат гидролиза снабжен устройством для барботажа воздуха, между метантенком и сепаратором эффлюента размещен флотатор, устройство для барботажа воздуха которого совместно с устройством для барботажа воздуха аппарата гидролиза связаны с компрессором с газомоторным приводом на биогазе, причем сепаратор эффлюента и накопитель исходного субстрата выполнены герметичными, а их газовое пространство совместно с газовым пространством аппарата гидролиза и флотатора посредством газопровода связано с газовым котлом-утилизатором, который посредством линии циркуляции теплоносителя связан, в свою очередь, с котлом для сжигания твердых отходов гидролиза, газомоторным приводом компрессора и ТЭЦ для получения энергии из биогаза.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009121305/05A RU2423323C2 (ru) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009121305/05A RU2423323C2 (ru) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009121305A RU2009121305A (ru) | 2010-12-10 |
RU2423323C2 true RU2423323C2 (ru) | 2011-07-10 |
Family
ID=44740493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009121305/05A RU2423323C2 (ru) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2423323C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504520C2 (ru) * | 2012-03-22 | 2014-01-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Способ биологической обработки концентрированных органических субстратов с получением удобрений, газообразного энергоносителя и технической воды и устройство для его реализации |
RU2505491C2 (ru) * | 2012-03-22 | 2014-01-27 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Способ переработки твердых органических субстратов |
RU2518592C2 (ru) * | 2012-04-10 | 2014-06-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Способ переработки органических субстратов в газообразные энергоносители и удобрения |
RU2555143C2 (ru) * | 2013-09-24 | 2015-07-10 | Николай Федорович Кокарев | Способ повышения эффективности полигонов твердых бытовых отходов (тбо) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473473C2 (ru) * | 2011-03-24 | 2013-01-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Аппарат для обработки ферментированных органических субстратов |
-
2009
- 2009-06-04 RU RU2009121305/05A patent/RU2423323C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШВАГЕР М.Ю., КОРСАКЕВИЧ В.В. Биогазовая установка. Энергосбережение и водоподготовка, 2008, №4(54), с.25-28. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504520C2 (ru) * | 2012-03-22 | 2014-01-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Способ биологической обработки концентрированных органических субстратов с получением удобрений, газообразного энергоносителя и технической воды и устройство для его реализации |
RU2505491C2 (ru) * | 2012-03-22 | 2014-01-27 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Способ переработки твердых органических субстратов |
RU2518592C2 (ru) * | 2012-04-10 | 2014-06-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Способ переработки органических субстратов в газообразные энергоносители и удобрения |
RU2555143C2 (ru) * | 2013-09-24 | 2015-07-10 | Николай Федорович Кокарев | Способ повышения эффективности полигонов твердых бытовых отходов (тбо) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009121305A (ru) | 2010-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Latha et al. | Mixing strategies of high solids anaerobic co-digestion using food waste with sewage sludge for enhanced biogas production | |
Wilkie | Biomethane from biomass, biowaste, and biofuels | |
WO2011080766A2 (en) | Combined dry and wet dual phase anaerobic process for biogas production | |
CN104276737B (zh) | 一种能源输出型污水污泥处理方法 | |
CN102500604A (zh) | 固体生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循环技术 | |
RU2423323C2 (ru) | Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения | |
CN104030537A (zh) | 污泥处理系统及污泥处理方法 | |
Babson et al. | Anaerobic digestion for methane generation and ammonia reforming for hydrogen production: A thermodynamic energy balance of a model system to demonstrate net energy feasibility | |
CN109694161A (zh) | 污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统及方法 | |
KR100592332B1 (ko) | 고효율 혐기 소화조 장치 | |
CN110819662A (zh) | 在厌氧反应体系中添加生物炭促进中链脂肪酸产出的方法 | |
Makisha et al. | Production of biogas at wastewater treatment plants and its further application | |
KR101297821B1 (ko) | 혐기성 소화조를 이용한 미세조류 배양 시스템 및 이를 이용한 미세조류 배양 방법 | |
KR100948287B1 (ko) | 일체형 2상 혐기소화조 및 이를 구비하는 혐기소화 장치 | |
US9745895B2 (en) | Method and an apparatus for producing energy by recycling materials during a fuel combustion process | |
Francese et al. | Feeding approaches for biogas production from animal wastes and industrial effluents | |
Sinbuathong et al. | Effect of the solid content on biogas production from Jatropha curcas seed cake | |
RU2505490C2 (ru) | Устройство для утилизации органических субстратов с влажностью 92-99% с получением органических удобрений и электроэнергии | |
RU2414443C2 (ru) | Линия утилизации навоза с получением биогаза и удобрений | |
Siregar et al. | Study of comparison between covered Lagoon method and anaerobic digester for POME processing in biogas renewable energy: a review | |
CN209456257U (zh) | 污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统 | |
CN113754220A (zh) | 一种高含固市政污泥制备生物燃气工艺 | |
RU122088U1 (ru) | Анаэробный биореактор | |
RU2500628C2 (ru) | Способ переработки органических субстратов в удобрения и газообразный энергоноситель | |
Kowalska | Recruiting and using agricultural biogas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120605 |