SU1474107A1 - Установка биологической обработки стоков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  анаэробного сбраживани  органических отходов сельскохоз йственного производства с целью получени  горючего газа (биогаза) и качественных органических удобрений и может быть использовано при очистке стоков с органическими включени ми промышленных предпри тий и в коммунальном хоз йстве. Цель изобретени  - повышение эффективности работы комплекса. Комплекс оборудовани  содержит подогреватель - выдерживатель 1 с теплообменником 3, реакторы 20 с теплообменниками 23, нормализатор 44 дл  очистки биогаза от примесей, газгольдер 45, а также технологические трубопроводы и насосы. Исходна  масса предварительно перемешиваетс  и через измельчитель 17 подаетс  в подогреватель - выдерживатель 1, где протекают процессы гидролиза и кислотообразовани  при 33 - 55°с и интенсивном перемешивании. Образующийс  при этом биогаз по трубопроводу 66 поступает в газовую полость реакторов 20, а подготовленна  биомасса по трубопроводу 64 направл етс  в реакторы 20, где подвергаетс  метановому сбраживанию. Биогаз из реактора 20 по трубопроводу 67 поступает в газгольдер 45, а оттуда- потребителю. Изобретение позвол ет снизить длительность процесса сбраживани , повысить выход биогаза, стабилизировать глубину распада органических веществ. 2 з.п.ф - лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  анаэробного сбраживани  органических отходов сельскохоз йственного производства с целью получени  го- рючего газа (биргаза) и качественных органических удобрений и может быть- использовано при очистке стоков с органическими включени ми промышленных предпри тий и в коммунальном хоз йстве.

Цель изобретени  - повышение эффективности работы установки.

На фиг.1 схематично изображена установка биологической обработки

стоков; на фиг,2 - устройство загрузки подогревател -выдерживател , разрез; на фиг.З - пеногаситель, разрез,

Установка содержит подогреватель- выдерживатель 1, оборудованный уст- ройством 2 загрузки массы, теплообменником 3, выполненным в виде труба в трубе (по внутренней трубе протекает обрабатываема  масса, между внутренней и наружной трубами -

теплоноситель), внутренн   труба которого в виде сопла выведена над уровнем массы в подогревателе-выдер- живателе 1 по касательной к поверхности массы, патрубками А отбор а массы из подогревател -выдерживател , 5 подачи массы во внутреннюю трубу теплообменника 3, 6 слива осадков, 7 отбора газа из подогревател -выдерживател , 8 подачи и 9 возврата теп- лоносител  в теплообменник 3, а также клапанами 10 - 12 аварийного сброса избыточного газа, слива осадка и автоматического управлени  потоком теплоносител  через теплооб- менник 3. Установка содержит насос 13 загрузки исходной массы, клапаны 14 - 16 автоматического избирательного направлени  потока исходной массы на перемешивание в приемнике массы (например, в навозоприемнике на животноводческой ферме), загрузку подогревател -выдерживател  1 и сброса излишков массы, соответственно, измельчитель 17 ДЛИННОВОЛОКНИСТЫХ

(солома, ботва) и инородных крупных включений, насос 18 перемешивани  массы в подогревателе-выдерживателе 1, насос 19 загрузки подготовленной массы в реакторы 20, Реактор 20

оборудован устройством 21 перемешивани  массы, пеногасителем 22 дл  очистки газа от механических приме- сей и пены, теплообменником 23,

гидрозатвором 24 на выпуске сброженной массы, гидрозатвором 25 на вводе газа от подогревател -выдерживател  1, патрубками 26 и 27 загрузки подготовленной массы и слива сброженной массы, патрубком 28 подачи газа от подогревател -выдерживател  1, патрубками 29 и 30 подачи и возврата теплоносител  в теплообменник 23, патрубками 31 и 32 слива массы и отбора биогаза, а также клапаном 33 подачи газа от подогревател -выдерживател  1, клапаном 34 отбора биогаза , клапаном 35 слива массы, клапаном 36 автоматического избирательного направлени  потока подготовленной массы на загрузку реактора 20 и клапаном 37 автоматического управлени  потоком теплоносител  через теплообменник 23,

Установка содержит насос 38 отбор биогаза, гидрозатвор 39 в системе отбора биогаза, клапаны 40 - 43 в системе отбора биогаза, нормализатор 44 дл  очистки биогаза от примесей (влаги, сероводорода и инородных включений), газгольдер (или ресивер) 45. Газгольдер оборудован патрубками 46 и 47 ввода и отбора биогаза, патрубками 48 и 49 слива конденсата и сброса излишков биогаза, а также клапаном 50 аварийного сброса избытоного биогаза и клапаном 51 слива конденсата/ Комплекс также содержит клапан 52 редукционный, фильтр 53, счетчик 54 биогаза, энергоустановку 55 (газовый водонагреватель или дизель-генератор с теплообменниками) насос 56 перекачки теплоносител  трубопроводы 57 - 59 забора исходной массы из приемника массы, загрузки исходной массы в подогреватель-выдер живатель 1 и возврата исходной массы в приемник массы дл  перемешивани , трубопроводы 60 и 61 сброса излишков исходной массы из приемника в хранилище и сброса излишков исходной масс из подогревател -выдерживател  1 в приемник, трубопроводы 62 и 63 отбор массы из подогревател -выдерживател  1 и подачи массы в теплообменник 3, трубопровод 64 загрузки подготовленной массы в реактор 20, трубопровод 65 слива сброженной массы в хранилище , трубопроводы 66 и 67 подачи газа из подогревател -выдерживател  1 в реактор 20 и отбора биогаза из реактора 20, трубопроводы 68 - 70

31

подачи биогаза в нормализатор 44, подачи биогаэа в газгольдер 45 и подл- чи биогаза в энергоустановку 55 и к потребителю (например, на животноводческую ферму), трубопроводы 71 и 72 подачи и возврата теплоносител  к теплообменникам 3 и 23.

Устройство 2 загрузки исходной массы в подогреватель-выдерживатель 1 представл ет собой цилиндрический сосуд 73, оборудованный в нижней части патрубком 74 дл  приема исходу ной массы и в верхней части патрубком 75 дл  отвода излишков исходной массы при переполнении подогревате- л -выдерживател  1. В нижней части сосуд 73 через коническую часть соедин етс  с загрузочным патрубком 76, который заглублен под рабочий уро- вень массы в подогревателе-выцержи- вателе 1, образу  гидрозатвор между газовой полостью подогревател -вы- держивател  1 и окружающей средой.

Исходна  масса поступает в устрой- ство 2 через патрубок 74 и через патрубок 76 направл етс  в подогреватель-выдерживатель 1. В случае переполнени  подогревател -выдерживател  1 излишки исходной массы через патру- бок 75 сливаютс  в приемник исходной массы.

Пеногаситель 22 представл ет собой сосуд 77, в нижней конической части которого симметрично выполнены отверсти  78. Сосуд 77 разделен отражател ми 79, образующими между собой и стенками сосуда 77 шели 80, в нижней части сосуд 77 через коническую часть 81 соедин етс  со сливным па- трубком 82, который заглублен под рабочий уровень массы в реакторе 20, образу  гидрозатор между газовой полостью реактора 20 и сосудом 77, из верхней части сосуда 77 выведен отво- д щий патрубок 83 дл  отбора очищенного биогаза. Суммарное сечение отверстий 78 равно сечению отвод щего патрубка 83.

При отборе биогаз с пеной и посто- ронними включени ми из газовой полости реактор 20 через отверсти  78 поступает в нижнюю камеру сосуда 77, при этом происходит резкое его расширение и пузыри пены лопаютс . Проте ка  через шели 80 между отражател ми 79 и стенками пеногасител  22, остатки пены и посторонние включени  оседают на поверхност х отражателей 79,

1074

а очищенный биогаз через патрубок 83 отводитс  из реактора 20. Влага, остатки пены и посторонние включени  сползают по наклонным поверхност м отражателей 79 и через коническую часть сосуда 77 и патрубок 82 вывод тс  в реактор 20,

Конструкцией установки предусмотрен принцип двухступенчатого анаэробного сбраживани . На первой ступени (подогреватель-выдерживатель 1) происходит измельчение, гомогенизаци , нагрев массы, гидролиз высокомолекул рных соединений (углеводов, жиров, белковых веществ) и кислотообраэова- ние. На второй ступени (реактор 20) - процесс метанового брожени .

Установка работает следующим образом .

Исходна  масса (например, навоз от животноводческой фермы) поступает в приемник. Открываетс  клапан 14 и включаетс  насос 13. Исходна  масса отбираетс  насосом 13 через трубопровод 57 из придонной зоны приемника и через клапан 14 и трубопровод 59 возвращаетс  под давлением в верхнюю часть приемника. Происходит перемешивание массы в приемнике.

После перемешивани  включаемс  измельчитель 17 и открываетс  клгпан 15 Часть исходной массы через клапан 15, измельчитель 17, трубопровод 58 и устройство 2 поступает в подогреватель-выдерживатель 1, при этом в измельчителе 17 происходит измельчение длинноволокнистых и инородных крупных включений. Друга  часть массы через клапан 14 и трубопровод 59 поступает в приемник, продолжа  непрерывное перемешивание массы в процессе загрузки подогревател -выдерживател  1.

Дл  согласовани  производительности насоса 13 и измельчител  17 степень открыти  клапанов 14 и 15 соответственно регулируетс .

После загрузки подогревател -вы- держивател  1 отключаютс  насос 13 и измельчитель 17, масса из трубопровода 58, измельчител  17 и насоса 13 через трубопровод 57 стекает в приемник . Это предупреждает возможность образовани  пробок в системе загрузки подогревател -выдерживател  1 . Клапаны 14 и 15 закрываютс . При переполнении подогревател -выдерживател  1 исходна  масса через устройство 2 и трубопровод 61 возвращаетс  в приемник. В случае переполнени  приемника исходной массой открываетс  клапан 16 и включаетс  насос 13. Из- лишки исходной массы через трубопровод 57, клапан 16 и трубопровод 60 сбрасываютс  в хранилище.

Дл  нагрева исходной массы до температуры сбраживани (33 - 55 С) от- крываетс  клапан 12 и теплоноситель (вода, нагрета  до 65 С) от энергоустановки 55 через трубопроводы 71 и 72, клапан 12, патрубки 8 и 9 насосом 56 циркулирует через теплообмен- ник 3, Включаетс  насос 18 и масса из подогревател -выдерживател  1 через патрубок 4, трубопроводы 62j и 63 и патрубок 5 насосом 18 подаетс  на теплообменник 3, Встречные потоки массы и теплоносител  в теплообменнике 3 обеспечивают высокую температуру и масса в подогревателе-выдержи- вателе 1 быстро (не более 1 ч) нагреваетс  до заданной температуры. Масса отбираетс - из подогревател -выдерживател  1 в нижней части через патрубок 4, проходит через внутреннюю трубу теплообменника 3 и выбрасываетс  через сопло в верхней части подо- гревател -выдерживател  1 по касательной к поверхности массы. При этом происходит интенсивное перемешивание массы в подогревателе-выдерживателе 1, способствующее интенсификации про- цесса гидролиза и кислотообразовани  и преп тствующее образованию корки и застойных зон. После нагрева массы до заданной температуры клапан 12 закрываетс  и насос 18 отключаетс ,

Процесс выдерживани  (гидролиз и кислотообразование) в подогревателе-выдерживателе 1 продолжаетс  не менее 8 ч (длительность определ етс  скоростью биохимического расщеплени  кислотообразующими бактери ми). Поэтому объем подогревател -выдержива- тел  1 выбираетс  из расчета 1/3 суточного объема перерабатываемой

ИСХОДНОЙ маССЫ.

Образующийс  в процессе выдерживани  газ (до 20% - метан, около 80% - углекислоты) через патрубок 7, трубопровод 66,клапан 33 и патрубок 28 поступает в газовую полость реактора 20. Гидрозатвор 25 исключает возможность обратного течени  газа из газовой полости реактора 20 в газовую полость подогревател -выдерживател  1

Углекислый газ, поступающий из подогревател -выдерживател  1, участвует в дальнейшем процессе образовани  метана, что увеличивает объем выхода газа из реактора 20,

В процессе выдерживани  массы в подогревателе-выдерживателе 1 минеральные включени  (песок, гравий и т.п.) из исходной массы под действием гравитационных сил выпадают в осадок в конусную нижнюю часть, откуда периодически (один раз в неделю) через патрубок 6 и клапан 11 удал ютс  - под действием гидростатического давлени  массы в подогревателе-выдержи- вателе 1. Это исключает возможность засорени  емкости реактора 20 осадком минеральных включений и уменьшает износ оборудовани  установки.

Загрузка реактора 20 подготовленной массой происходит ежечасно. Этим достигаетс  стабилизаци  нагрузки реактора 20, снижаетс  динамика переходных процессов, обеспечиваема  равномерным замещением сброженной массы подготовленной массой с учетом метаболической активности метанообразую- щих бактерий. Открываетс  клапан 36 и включаетс  насос 19. Подготовленна  в подогревателе-выдерживателе 1 масса через патрубок 4, трубопроводы 62 и 64, клапан 36 и патрубок 26 насосом

19подаетс  в начало реактора 20. Объем разовой дозы загрузки реактора

20составл ет 1/24 часть суточного объема загрузки. После загрузки отключаетс  насос 19 и закрываетс  клапан 36. Общий уровень массы в реакторе 20 повышаетс  и через гидрозатвор 24 вытесн етс  сброженна  масса объемом, равным объему загруженной массы. Сброженна  масса через патрубок 27 и трубопровод 65 направл етс  в хранилище дл  дальнейшего использовани  в качестве высококачественного органического удобрени .

Образуемый в процессе метанового брожени  биогаз из газовой полости реактора 20 отбираетс  насосом 38. Открываютс  клапаны 40, 41 и 34, включаетс  насос 38 и биогаз проходит через пеногаситель 22 (очища сь от пены и посторонних включений), патрубок 32, клапан 34, трубопровод 67, клапаны 40 и 41 и трубопровод 68 в нормализатор 44 биогаза, где происходит его очистка от влаги и сероводорода . Очищенный газ через трубопровод

714

69 и патрубок 46 поступает в газгольдер 45. Из газгольдера 45 через патрубок 47 биогаз поступает на клапан 52, где снижаетс  его давление (до 2-4 кПа), затем на фильтр 53 дл  очистки от механических примесей и через счетчик 54 и трубопровод 70 на энергоустановку 55 или к потребителю (например, на животноводческую ферму дл  сжигани  в котле). Выдел емый конденсат в процессе хранени  биогаза собираетс  в нижней конической части газгольдера 45 и через патрубок 48 и клапан 5i периодически (один раз в неделю) сливаетс . При накоплении избыточного биогаза в газгольдере 45, из-за отсутстви  его потреблени , излишек биогаза через патрубок 49 и клапан 50 сбрасывает- с  в атмосферу. В случае необходимости (например, при ремонте насоса 38) закрываютс  клапаны 40 и 41 и открываютс  клапаны 42 и 43. Биогаз из реактора 20 через трубопровод 67, клапаны 42 и 43, гидрозатвор 39 и трубопровод 68 поступает в нормализатор 44. Дальнейша  работа газовой сети аналогична вышеописанной. Гидрозатвор 39 создает необходимое дав- ление биогаза (3-5 кПа) в газовой сети. Давление биогаза в газовой полости реактора 20 при отборе насосом 38 может измен тьс  в пределах (1,0-8,0 кПа) как в сторону разреже ни , так и в сторону напора. Работа реактора 20 с разрежением в газовой полости способствует интенсификации газовыделени . Диапазон давлени  био газа в реакторе 20 устанавливаетс  по заданной технологии метанового брожени .

В процессе метанового брожени  температура массы в реакторе 20 снижаетс  за счет теплопотерь через кор пус. Дл  компенсации этих теплопотер открываетс  клапан 37 и теплоноситель от энергоустановки 55 через тру бопроводы 71 и 72, клапан 37, патруб ки 29 и 30 насосом 56 циркулирует через теплообменник 23, нагрева  массу в реакторе 20 до температуры брожни  (33-55°С).

После нагрева массы до заданной температуры клапан 37 закрываетс . Периодически (не более 2 раз в час) включаетс  устройство 21 перемешивани  массы в реакторе 20, обеспечива  ее гомогенность и преп тству  обра-

8

г 0 5 0 5 0 г о

0

5

зованию корки в верхней и осадка в нижней част х реактора 20. При этом загружаема  подготовленна  масса смешиваетс  с массой в реакторе 20 и продвигаетс  к выгрузному патрубку 27, Клапан 35 и патрубок 3 необходимы дл  слива массы из реактора 20 при ремонте оборудовани ,

При необходимости переработки большого количества исходной массы (более суточного объема нагрузки одного реактора) комплекс оборудовани  может включать в себ  два, три и более реакторов. Управление потоками газа от подогревател -выдержива- тел  1 осуществл етс  через клапаны 33,биогаэаот реакторов-клапанами 34, теплоносител  от энергоустановки 55 - клапанами 37, загружаемой массы в реакторы - клапанами 36, при этом газовые полости реакторов сообщаютс  между собой через трубопровод 67, образу  общую полость всех реакторов, что позвол ет использовать один и тот же состав оборудовани  установки независимо от количества реакторов.

Подготовка исходной массы (измельчение , нагрев, гидролиз и кисло- тообразование в подогревателе-выдер- живателе 1), согласование параметров двух стадий процесса анаэробнсго сбраживани  (выдерживание не менее 8 ч) , увеличение дробности загрузки реактора 20 (24 раза в сутки) позвол ют оптимизировать параметры биоэнергетической установки (снизить длительность процесса анаэробного сбраживани  на 20-30%, стабилизировать глубину распада органических веществ в пределах 30-40%, повысить выход биогаза с единицы объема реакторов на 30-40%), включать в установку несколько реакторов при том же составе остального оборудовани , снижают капитальные затраты и, соответственно , повышают эффективность работы установки биологической очистки стоков.

Claims (3)

1. Установка биологической обработки стоков, содержаща  реактор, снабженный теплообменником, гидрозатвором на выпуске сброженной массы и устройством перемешивани , подо- греватель-выдерживатель с теплообменником и насосом дл  перемешивани ,

трубопровод, соедин ющий подогрева- тель-выдерживатель с реактором, насос отбора биогаза, энергоустановку, клапаны автоматические и с ручным уп- ,. равлением, а также технологические трубопроводы, отличающа с  тем, что, с целью повышени  эффективности работы, она снабжена по крайней мере одним дополнительным реак- ю тором, установленными на реакторе пено- гасителем и дополнительным гидрозатвором , а на подогревателе-выдержива- теле - устройством загрузки, трубопроводом , соединенным с дополнитель- 5 ным гидрозатвором реактора и подо- гревателем-выдерживателем, труб опро- водами, сообщающими энергоустановку с теплообменниками в подогревателе-вы- держивателе и реакторе, трубопрово- 20 дом, присоединенным к пеногасител м реакторов и сообщающим последние, а также установленными на трубопроводе, соедин ющим подогреватель-выдерживатель с реактором, клапанами избирательного направлени  потока.

2.Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что пеногаситель снабжен отражател ми с образованием щелей, сливным патрубком, а также расположенным в верхней части отвод щим патрубком очищенного биогаза, пеногаситель выполнен в виде сосуда конической нижней частью, соединенной со сливным патрубком, при этом коническа  часть выполнена с отверсти ми , суммарное сечение которых равно сечению отвод щего патрубка.

3.Установка по п.1, о т л и ч а- ю щ а   с   тем, что устройство загрузки выполнено цилиндрическим

и снабжено расположенными в нижней части патрубком приема, а в верхней патрубком отвода исходной массы, а также расположенным в нижней части загрузочным патрубком.

Съемна  крышка

I Исходна  масса о подогрева- т ель - быдерживатемь

Фаг. 2

5

Слив излишков исходной массы

Подача исходной, массы

V Рабочий уровень массы 6 подогревателе- быдержи- да теле

-из ц иРабочий уровень

g массы вреа.кторе

Фиг.З

Редактор Г.Волкова

Составитель А.Давыд н Техред Л.Олийнык

Заказ 1835/20

Тираж 824

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,101

гг

Пена, и, конденсат

Корректор м.Демчик

Подписное