RU2462509C1

RU2462509C1 - Methane tank

Info

Publication number: RU2462509C1
Application number: RU2011129524/10A
Authority: RU
Inventors: Виталий Юрьевич Соколов (RU); Виталий Юрьевич Соколов; Сергей Александрович Наумов (RU); Сергей Александрович Наумов; Алексей Викторович Садчиков (RU); Алексей Викторович Садчиков; Сергей Вениаминович Горячев (RU); Сергей Вениаминович Горячев; Илья Николаевич Никоноров (RU); Илья Николаевич Никоноров; Анет Борисович Идигенов (RU); Анет Борисович Идигенов; Мария Сергеевна Котова (RU); Мария Сергеевна Котова
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-09-27

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: methane tank has a sealed reservoir with a top and a bottom. Inside the reservoir, there is an inner and an outer fermentation chamber, pipes for feeding liquefied organic wastes, outlet of the fermented mass, and pipes for outlet of biogas. The inner chamber is insulated from the outer chamber and lies coaxially inside it on supports which are connected to the bottom of the reservoir. The inner chamber is linked to the outer chamber through a system of pipes connected to a separator. The system of pipes consists of a pipe for feeding into the inner chamber a mixture of volatile fatty acids from the separator and air from an air inlet, a pipe for feeding a substrate after the hydrolysis phase and acidogenesis from the inner chamber into the separator for separation of volatile fatty acids from the thick mass, and a pipe for feeding the thick mass, separated from the volatile fatty acids in the separator, into the outer chamber under gravity.

EFFECT: shorter duration of fermentation of organic wastes and high efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов и может быть использовано на животноводческих и птицеводческих фермах, сельских усадьбах и дачных участках.The invention relates to a device for two-stage anaerobic digestion of organic waste and can be used on livestock and poultry farms, rural estates and summer cottages.

Известен метантенк для сбраживания осадка сточных вод (а.с. СССР 552308, опубликованное 30.03.1977. Бюл. №12), содержащий резервуар с цилиндрическим корпусом и коническим днищем, внутри которого к его купольному покрытию коаксиально прикреплена не доходящая до днища концентрическая перегородка, образующая в верхней части метантенка внешнюю межстенную камеру разделения и внутреннюю центральную камеру сбраживания, снабженных газоотводными патрубками, а внутри центральной камеры установлены трубопровод подачи сырого осадка, мешалка и патрубок отвода осадка у днища.Known digester for digestion of sewage sludge (AS USSR 552308, published March 30, 1977. Bull. No. 12), containing a tank with a cylindrical body and a conical bottom, inside of which a concentric partition that does not reach the bottom is coaxially attached to the dome cover, forming in the upper part of the digester an external interwall separation chamber and an internal central digestion chamber equipped with gas outlet pipes, and a raw sediment supply pipe, a mixer and a pipe o are installed inside the central chamber water sediment at the bottom.

Недостатком известного метантенка является то, что время сбраживания отходов является достаточно длительным, т.к. он не обеспечивает возможность разделения фаз кислотогенеза и метаногенеза, что существенно снижает производительность метантенка.A disadvantage of the known digester is that the time of fermentation of the waste is quite long, because it does not provide the possibility of separating the phases of acidogenesis and methanogenesis, which significantly reduces the performance of the digester.

Известен также метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов (патент SU 2108702, опубликованный 20.04.1998), содержащий резервуар, изготавливаемый из различных материалов круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане с наклонными днищем и куполом, к последнему из которых прикреплена перегородка, имеющая расширяющийся к днищу раструб, под которым выполнен выпуклый к центру резервуара отражатель в виде кольца, а так же содержащий патрубки подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру и отвода сброженного осадка из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер.Also known is a digester for sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic waste (patent SU 2108702, published on 04/20/1998), containing a tank made of various materials of a round, oval, square, rectangular or polygonal shape in plan with an inclined bottom and a dome, to the last of which is attached to a partition having a flare extending to the bottom, under which a reflector is made convex to the center of the tank in the form of a ring, as well as containing nozzles for supplying liquefied waste to the external chamber and the removal of fermented sludge from the internal chamber, the biogas discharge pipes from the external and internal chambers.

Недостатком этого известного метантенка является то, что время сбраживания отходов является достаточно длительным, т.к. фазы кислотогенеза и метаногенеза разделены не полностью, поэтому сложно контролировать допустимую дозу загрузки во внутреннюю камеру. Также недостатком является то, что исключается возможность отделения летучих жирных кислот (далее ЛЖК), которые в свою очередь являются ингибиторами фазы метаногенеза.The disadvantage of this known digester is that the time of fermentation of waste is quite long, because the phases of acidogenesis and methanogenesis are not completely separated, so it is difficult to control the permissible dose of loading into the inner chamber. Also, the disadvantage is that it excludes the possibility of separation of volatile fatty acids (hereinafter VFA), which in turn are inhibitors of the phase of methanogenesis.

Данный метантенк наиболее близок по технической сущности к заявленному и принят за прототип.This digester is the closest in technical essence to the declared and adopted as a prototype.

Техническим результатом предлагаемого метантенка является уменьшение длительности сбраживания органических отходов и повышение производительности.The technical result of the proposed digester is to reduce the duration of fermentation of organic waste and increase productivity.

Поставленная задача решается тем, что метантенк содержит герметичный резервуар с куполом и днищем, внутри которого расположены внутренняя и внешняя камеры сбраживания, патрубки подвода разжиженных органических отходов, отвода сброженной массы и патрубок отвода биогаза, внутренняя камера выполнена изолированной от внешней и расположена соосно внутри нее на опорах, соединенных с днищем резервуара, при этом внутренняя камера сообщена с внешней через систему трубопроводов, соединенных с сепаратором, состоящую из патрубка для подачи во внутреннюю камеру смеси летучих жирных кислот из сепаратора и воздуха из воздухозаборника, патрубка для подачи из внутренней камеры субстрата после фаз гидролиза и кислотогенеза в сепаратор для отделения летучих жирных кислот от густой массы, и трубопровода для подачи густой массы, отделенной от летучих жирных кислот в сепараторе, во внешнюю камеру самотеком.The problem is solved in that the digester contains a sealed tank with a dome and a bottom, inside of which there are internal and external digestion chambers, pipes for supplying liquefied organic waste, removal of fermented mass and pipes for biogas removal, the inner chamber is made isolated from the external and is located coaxially inside it on the supports connected to the bottom of the tank, while the inner chamber is in communication with the external through a system of pipelines connected to a separator, consisting of a pipe for supplying to the morning chamber of the mixture of volatile fatty acids from the separator and air from the air intake, a nozzle for supplying from the inner chamber of the substrate after the phases of hydrolysis and acidogenesis to the separator for separating volatile fatty acids from the thick mass, and a pipeline for supplying the thick mass separated from volatile fatty acids in the separator , to the external camera by gravity.

На фиг.1 приведен общий вид метантенка в разрезе, а на фиг.2 представлен вид сверху в разрезе.Figure 1 shows a General view of the digester in section, and figure 2 presents a top view in section.

Метантенк представляет собой герметичный резервуар 1 с куполом 2 и днищем 3, внутри которого расположены соосно и изолированы друг от друга внешняя камера 4 и внутренняя камера 5. Для подачи во внутреннюю камеру 5, в которой осуществляют фазу кислотогенеза, свежих разжиженных органических отходов установлен патрубок 6. Из внешней камеры 4 удаляют сброженную массу по патрубку 7. Отвод биогаза осуществляют по патрубку 8, в котором установлен редукционный клапан 9. Внутренняя камера 5 патрубком 10 соединена с сепаратором 11. По патрубку 12 осуществляют подачу густой массы во внешнюю камеру 4. С помощью воздухозаборника 13 производят забор воздуха и направляют его по патрубку 14 с помощью компрессора 15 во внутреннюю камеру 5 по патрубку 16. Движение густой массы по патрубку 10 осуществляют насосом 17. Крепление внутренней камеры 5 осуществляют посредством опор 18, связанных с днищем 3 резервуара 1. Снизу во внешней камере 4 и внутренней камере 5 установлены люки 19 и 20, соответственно, для периодической очистки камер как от неразложившихся осевших органических веществ, так и от осадков неорганических включений (песок, гравий, металл и др.). Во внешней камере 4 к патрубку 6 установлен патрубок 21.The digester is a sealed tank 1 with a dome 2 and a bottom 3, inside of which the outer chamber 4 and the inner chamber 5 are arranged coaxially and isolated from each other. A pipe 6 is installed for supplying to the inner chamber 5, in which the phase of acidogenesis is carried out, fresh liquefied organic waste The fermented mass is removed from the external chamber 4 through the nozzle 7. The biogas is discharged through the nozzle 8, in which a pressure reducing valve 9 is installed. The inner chamber 5 is connected to the separator 11 by the nozzle 10. t the supply of thick mass to the outer chamber 4. Using the air intake 13, air is drawn and sent through the pipe 14 with the compressor 15 to the inner chamber 5 through the pipe 16. The movement of the thick mass through the pipe 10 is carried out by the pump 17. The inner chamber 5 is secured by supports 18 connected to the bottom 3 of the tank 1. Hatches 19 and 20 are installed below in the outer chamber 4 and the inner chamber 5, respectively, for periodically cleaning the chambers of both undecomposed settled organic matter and inorganic sediments inclusions (sand, gravel, metal, etc.). In the outer chamber 4 to the pipe 6, a pipe 21 is installed.

Метантенк работает следующим образом.Metantenk works as follows.

Предварительно нагретые разжиженные органические отходы с исходной влажностью под напором вводят во внутреннюю камеру 5 по трубопроводу 6, куда так же подают по патрубку 16 смесь ЛЖК из сепаратора 11 и воздуха из воздухозаборника 13 по патрубку 14 с помощью компрессора 15. Из внутренней камеры 5 субстрат после фаз гидролиза и кислотогенеза с помощью насоса 17 по патрубку 10 подают в сепаратор 11 для отделения ЛЖК от густой массы. Отделенная от ЛЖК густая масса поступает во внешнюю камеру 4 по трубопроводу 12 самотеком. Образовавшийся биогаз отводят по патрубку 8, который установлен на куполе 2, тогда как величина избыточного давления биогаза и величина его вакуума регулируется редукционным клапаном 9. Сброженная масса отводится по патрубку 7. Опоры 18, связанные с днищем 3 резервуара 1, удерживают внутреннюю камеру 5. Очистка камер от неразложившихся веществ осуществляется через люки 19 и 20, а если при работе метантенка совместно с разжиженными органическими отходами в него поступили ингибиторы процесса сбраживания (антибиотики, бытовая химия, токсичные вещества и др.), которые приводят к замедлению процесса сбраживания и сокращению выхода биогаза, необходимо остановить работу метантенка и промыть камеры сбраживания. Для этого нужно опорожнить внешнюю камеру 4 и внутреннюю камеру 5, открыть запорно-регулирующую арматуру на патрубке 21, а через патрубок 6 пустить воду и промыть эти камеры.Preheated liquefied organic waste with initial humidity under pressure is introduced into the inner chamber 5 through a pipe 6, where the mixture of VFA from the separator 11 and air from the air intake 13 through the nozzle 14 is also fed through the nozzle 14 through the nozzle 15. From the inner chamber 5, the substrate after phases of hydrolysis and acidogenesis using a pump 17 through the pipe 10 is fed to a separator 11 to separate VFA from the thick mass. The dense mass separated from the VFA is fed into the external chamber 4 by pipeline 12 by gravity. The resulting biogas is diverted through the pipe 8, which is installed on the dome 2, while the excess pressure of the biogas and its vacuum are regulated by a pressure reducing valve 9. The fermented mass is discharged through the pipe 7. The supports 18 connected to the bottom 3 of the tank 1 hold the inner chamber 5. The chambers are cleaned of non-decomposed substances through hatches 19 and 20, and if, during operation, the digester together with liquefied organic waste, fermentation inhibitors (antibiotics, household chemicals, toxic things) enter it substances, etc.), which lead to a slowdown of the digestion process and a decrease in the biogas yield, it is necessary to stop the digester and wash the digestion chambers. To do this, empty the outer chamber 4 and the inner chamber 5, open the shut-off and control valves on the pipe 21, and let the water through the pipe 6 and rinse these chambers.

Поступление смеси ЛЖК и воздуха по патрубку 16 снизу вверх обеспечивает эффективное перемешивание сбраживаемой массы во внутренней камере 5, создает в ней постоянно «кипящую» поверхность жидкости, препятствуя тем самым образованию «корки». Регулирование температурного режима во внутренней камере обеспечивается температурой воды, необходимой для разжижения отходов на входе в патрубок 6. Температурный режим во внешней камере 4 поддерживается за счет теплообмена через разделительную стенку внешней и внутренней камеры.The intake of a mixture of VFA and air through the pipe 16 from the bottom up ensures efficient mixing of the fermented mass in the inner chamber 5, creates a constantly “boiling” surface of the liquid in it, thereby preventing the formation of a “crust”. The regulation of the temperature in the inner chamber is provided by the temperature of the water necessary to dilute the waste at the inlet to the pipe 6. The temperature in the outer chamber 4 is maintained by heat exchange through the dividing wall of the outer and inner chambers.

Для периодического или постоянного контроля значений рН в патрубках 6, 7, 10, 12 и во внутренней и внешней камерах метантенка установлены датчики рН, взаимодействующие с программным пультом управления и кранами-регуляторами (на фигурах не показаны). Для отбора проб по замеру значений рН в лабораторных условиях и переносными рН-метрами рядом с датчиками или вместо них могут быть установлены ручные краны-пробоотборники.For periodic or constant monitoring of pH values in the nozzles 6, 7, 10, 12 and in the inner and outer chambers of the digester, pH sensors are installed that interact with the program control panel and control valves (not shown in the figures). For sampling by measuring pH values in laboratory conditions and portable pH meters, hand-held sample taps can be installed next to the sensors or instead of them.

Устройства теплоизоляции и грозозащиты метантенка, установка контрольно-измерительных приборов на фигурах не показаны, т.к. их выполнение возможно во многих вариантах.Thermal insulation and lightning protection devices, digester, installation of instrumentation in the figures are not shown, because their implementation is possible in many ways.

Установление задаваемого значения рН сбраживаемой в метантенке массы обуславливается, в том числе, необходимостью обеспечения более полного эффекта гарантированного обеззараживания сбраживаемых отходов от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков, что более полно достигается в кислой среде сбраживания, устанавливаемой во внутренней камере 5 метантенка при широком диапазоне температур анаэробного сбраживания.The setting of the set pH value of the mass fermented in the digester is determined, among other things, by the need to provide a more complete effect of guaranteed disinfection of fermentable waste from pathogenic microflora, helminths, their eggs and weed seeds, which is more fully achieved in the acidic digestion medium installed in the inner chamber 5 of the digester at a wide temperature range of anaerobic digestion.

Вводимая под напором во внутреннюю камеру 5 разжиженная смесь свежих органических отходов, смешиваясь с находящейся в камере сбраживаемой массой, обсеменяется активным симбиозом микроорганизмов. Подача смеси ЛЖК и воздуха по патрубку 16 и обсеменение активным симбиозом микроорганизмов обеспечивает более быстрое расщепление (гидролиз) трудносбраживаемых составляющих отходов (гемицеллюлоза, целлюлоза, лигнин и другие полисахариды, белки, жиры), тогда как образуемые при этом ЛЖК и аминокислоты отбираются в сепараторе 11 перед подачей во внешнюю камеру 4 метантенка. Во внешней камере 4 метантенка преимущественно симбиоз метаногенерирующих микроорганизмов завершает ацетогенную и метаногенную фазы анаэробного брожения с выделением биогаза. Таким образом, сокращается время сбраживания органических отходов и увеличивается производительность метантенка.Introduced under pressure into the inner chamber 5, a liquefied mixture of fresh organic waste, mixed with the fermented mass in the chamber, is seeded with an active symbiosis of microorganisms. The supply of a mixture of VFA and air through pipe 16 and the active organisms seeding with microbiota provides a faster cleavage (hydrolysis) of difficult-to-digest components of waste (hemicellulose, cellulose, lignin and other polysaccharides, proteins, fats), while VFA and amino acids formed in this process are selected in a separator 11 before feeding into the external chamber 4 digester. In the external chamber 4, the methane tank predominantly symbiosis of methanogenizing microorganisms completes the acetogenic and methanogenic phases of anaerobic fermentation with the release of biogas. Thus, the time of fermentation of organic waste is reduced and the productivity of the digester is increased.

Claims

A digester containing a sealed reservoir with a dome and a bottom, inside of which there are internal and external digestion chambers, pipes for supplying liquefied organic waste, removal of fermented mass, and a pipe for biogas removal, characterized in that the internal chamber is made isolated from the external and is located coaxially inside it on the supports connected to the bottom of the tank, while the inner chamber is in communication with the outer through a system of pipelines connected to a separator consisting of a pipe for feeding into the inner chamber a mixture of volatile fatty acids from the separator and air from the air intake, a nozzle for supplying from the inner chamber of the substrate after the phases of hydrolysis and acidogenesis to the separator for separating volatile fatty acids from the thick mass and a pipeline for supplying the thick mass separated from volatile fatty acids in the separator, external camera by gravity.