Установка биологической обработки стоков

(51)4 С 02 Р 11/04 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 06/25-26иасап Ю иищщЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(46 04,89. Бкл.У 15 (71) Запорожское научно-производственное объединение по созданию и производству машин для подготовки органических удобрений (72) В,К,Маслич (53) 628.385(088.8) (56) Патент РСТ В 84/02698, кл, С 02 Р 11/04, 1983. (54) УСТАНОВКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТОКОВ (57) Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания, органических отходов сельскохозяйственного производства с целью получения горючего газа (биогаэа) и качественных органических удобрений и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и в коммунальном хозяйстве, Цель изобретения - повышение эффективности работы комплекса, Комплекс оборудования содержит подом ас 4 греватель-выдерживатель 1 с теплообменником 3, реакторы 20 с теплообменниками 23, нормализатор 44 для очистки биогаэа от примесей, газгольдер 45, а также технологические трубопроводы и насосы. Исходная масса предварительно перемешивается и через иэмельчитель 17 подается в подогреватель-выдерживатель 1, где протекают процесса гидролиза и кислотообраэования при 33-55 С и интенсивном переме"ошивании, Образующийся при этом биогаэ по трубопроводу 66 поступает в газовую полость реакторов 20, а подготовленная биомасса по трубопроводу 64 направляется в реакторы 20, где подвергается метановому сбраживанию.Биогаэ из реактора 20 по трубопроводу 67 поступает в газгольдер 45, а оттуда - потребителю. Изобретение позволяет снизить длительность процесса сбраживания, повысить выход биогаза, стабилизировать глубину рас лада органических веществ. 2 з.п.25 Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания орга"нических отходов сельскохозяйственного производства с целью получения го 5рючего газа (биргаэа) и качественныхорганических удобрений и может бытьиспользовано при очистке стоков сорганическими включениями промышленных предприятий и в коммунальном 10хозяйстве.Цель изобретения - повышение эффективности работы установки.На фиг.1 схематично изображенаустановка биологической обработки 15стоков; на фиг.2 - устройство загрузки подогревателя-выдерживателя, раз-.рез; на фиг.3 - пеногаситель, разрез,Установка содержит подогревательвыдерживатель 1, оборудованный уст-20ройством 2 загрузки массы, теплообменником 3, выполненным в виде труба в трубе" (по внутренней трубе протекает обрабатываемая масса, междувнутренней и наружной трубами -теплоноситель), внутренняя трубакоторого в виде сопла выведена надуровнем массы в подогревателе-выдерживателе 1 по касательной к поверхности массы, патрубками 4 отбора массы 30из подогревателя-выдерживателя, 5подачи массы во внутреннюю трубу теплообменника 3, 6 слива осадков, 7отбора газа из подогревателя-выдерживателя, 8 подачи и 9 возврата теплоносителя в теплообменник 3, атакже клапанами 10 - 12 аварийногосброса избыточного газа, слива осадка и автоматического управленияпотоком теплоносителя через теплообменник 3. Установка содержит насос 13загрузки исходной массы, клапаны14 - 16 автоматического избирательного направления потока исходной массына перемешивание в приемнике массы(например, в навозоприемнике на животноводческой ферме), загрузку подогревателя-выдерживателя 1 и сбросаизлишков массы, соответственно, измельчитель 17 длинноволокнистых50(солома, ботва) и инородных крупныхвключений, насос 18 перемешиваниямассы в подогревателе-выдерживателе1, насос 19 загрузки подготовленноймассы в реакторы 20. Реактор 20оборудован устройством 21 перемешивания массы, пеногасителем 22 дляочистки газа от механических примесей и пены, теплообменником 23,гидроэатвором 24 на выпуске сброженной массы, гидрозатвором 25 на вводегаза от подогревателя-выдерживателя1, патрубками 26 и 27 загрузки подго.товленной массы и слива сброженноймассы, патрубком 28 подачи газаот подогревателя-выдерживателя 1,патрубками 29 и 30 подачи и возврататеплоносителя в теплообменник 23,патрубками 31 и 32 слива массы и отбор,а биогаза, а также клапаном 33подачи газа от подогревателя-выдерживателя 1, клапаном 34 отбора биогаза, клапаном 35 слива массы, клапаном 36 автоматического избирательного направления потока подготовленной массы на загрузку реактора 20и клапаном 37 автоматического управления потоком теплоносителя черезтеплообменник 23,Установка содержит насос 38 отборабиогаза, гидрозатвор 39 в системеотбора биогаза, клапаны 40 - 43 всистеме отбора биогаза, нормализатор44 для очистки биогаэа от примесей(влаги, сероводорода и инородных .включений), газгольдер (или ресивер)45, Газгольдер оборудован патрубкаьдю46 и 47 ввода и отбора биогаза, патрубками 48 и 49 слива конденсата исброса излишков биогаза, а такжеклапаном 50 аварийного сброса избыточного биогаза и клапаном 51 сливаконденсата, Комплекс также содержитклапан 52 редукционный, фильтр 53,счетчик 54 биогаза, энергоустановку55 (газовый водонагреватель илидизель-генератор с теплообменниками),насос 56 перекачки теплоносителятрубопроводы 57 - 59 забора исходноймассы иэ приемника массы, загрузкиисходной массы в подогреватель-выдерживатель 1 и возврата исходной массыв приемник массы для перемешивания,трубопроводьг 60 и 61 сброса излишковисходной массы из приемника в храни"лище и сброса излишков исходной массыиэ подогревателя-выдерживателя. 1 вприемник, трубопроводы 62 и 63 отборамассы из подогревателя-выдерживателя 1 и подачи массы в теплообменник3, трубопровод 64 загрузки подготовленной массы в реактор 20, трубопровод 65 слива сброженной массы в хра-;нилище, трубопроводы 66 и 67 подачигаза из подогревателя-выдерживателя1 в реактор 20 и отбора биогаза изреактора 20, трубопроводы 68 - 703 1474 подачи биогаза в нормалиэатор 44, подачи биогаэа в газгольдер 45 и подачи биогаза в энергоустановку 55 и к потребителю (например, на животноводческую ферму, трубопроводы 7 и 725 подачи и возврата теплоносителя к теплообменникам 3 и 23.Устройство 2 загрузки исходной массы в подогреватель-выдерживатель 1 представляет собой цилиндрический сосуд 73, оборудованный в нижней части патрубком 74 для приема исход ной массы и в верхней части патрубком 75 для отвода излишков исходной 15 массы при переполнении подогревателя-выдерживателя 1, В нижней части сосуд 73 через коническую часть соединяется с загрузочным катрубком 76, который заглублен под рабочий уро вень массы в подогревателе-выцерживателе 1, образуя гидрозатвор между газовой полостью подогревателя-выдерживателя 1 и окружающей средой,Исходная масса поступает в устрой ство 2 через патрубок 74 и через патрубок 76 направляется в подогреватель-выдерживатель 1. В случае переполнения подогревателя-выдерживателя 1 излишки исходной массы через патру- О бок 75 сливаются в приемник исходной массы.Пеногаситель 22 представляет собой сосуд 77, в нижней конической части которого симметрично выполнены отвер 35 стия 78, Сосуд 77 разделен отражателями 79, образующими между собой и стенками сосуда 77 шелк 80, в нижней части сосуд 77 через коническую часть 81 соединяется со сливным па трубком 82, который заглублен под рабочий уровень массы в реакторе 20, образуя гидрозатор между газовой полостью реактора 20 и сосудом 77, из верхней части сосуда 77 выведен ство дящий патрубок 83 для отбора очищенного биогаза. Суммарное сечение отверстий 78 равно сечению отводяшего патрубка 83.При отборе биогаэ с пеной и посто ронними включениями из газовой полости реактора 20 через отверстия 78 поступает в нижнюю камеру сосуда 77, при этом происходит резкое его расширение и пузыри пены лопаются. Протекая через щели 80 между отражателями 79 и стенками пеногасителя 22, остатки пены и посторонние включения оседают на поверхностях отражателей 79,074а очищенный биогаз через патрубок 83отводится иэ реактора 20. Влага, остатки пены и посторонние включениясползают по наклонным поверхностямотражателей 79 и через коническуючасть сосуда 77 и патрубок 82 выводятся в реактор 20.Конструкцией установки предусмотрен принцип двухступенчатого анаэробного сбраживания. На первой ступени(подогреватель-выдерживатель 1) происходит измельчение, гомогенизация,нагрев массы, гидролиз высокомолекулярных соединений (углеводов, жиров,белковых веществ) и кислотообраэование. На второй ступени (реактор 20)процесс метанового брожения,Установка работает следующим образом,Исходная масса (например, навоз отживотноводческой Фермы) поступаетв приемникОткрывается клапан 14 ивключается насос 13, Исходная массаотбирается насосом 13 через трубопровод 57 из придонной зоны приемника и через клапан 4 и трубопровод59 возвращается под давлением в верхнюю часть приемника. Происходит перемешивание массы в приемнике,После перемешивания включается иэмельчитель 17 и открывается клапан 15,Часть исходной массы через клапан 15,измельчитель 17, трубопровод 58 иустройство 2 поступает в подогреватель-выдерживатель 1, при этом н иэмельчителе 17 происходит измельчениедлинноволокнистых и инородных крупных включений. Другая часть массы через клапан 14 и трубопровод 59 поступает в приемник, продолжая непрерывное перемешивание массы в процессезагрузки подогревателя-выдерживателя 1.Для согласования производительности насоса 13 и измельчителя 17степень открытия клапанов 14 и 15соответственно регулируется,После загрузки подогревателя-выдерживателя 1 отключаются насос 13и иэмельчитель 17, масса иэ трубопровода 58, измельчителя 17 и насоса13 через трубопровод 57 стекает в приемник. Это предупреждает воэможностьобразования пробок в системе загрузки подогревателя-выдерживателя 1,Клапаны 14 и 15 закрываются, Припереполнении подогревателя-выдерживателя 1 исходная масса через устройст"во 2 и трубопровод 61 возвращается в приемник. В случае переполнения приемника исходной массой открывается клапан 16 и включается насос 13. Излишки исходной массы через трубопровод 57, клапан 16 и трубопровод 60 сбрасываются в хранилище.Для нагрева исходной массы до температуры сбраживания(33 - 55 С) от О. крывается клапан 12 и тепноноситель (вода, нагретая до 65 С) от энерго- установки 55 через трубопроводы 71 и 72, клапан 12, патрубки 8 и 9 насосом 56 циркулирует через теплообмен ник 3, Включается насос 18 и масса из подогревателя-выдерживателя 1 через патрубок 4, трубопроводы 62и 63 и патрубок 5 йасосом 18 подается на теплообменник 3, Встречные потоки 20 массы и теплоносителя в теплообменнике 3 обеспечивают высокую температуру и масса в подогревателе-выдерживателе 1 быстро (не более 1 ч) нагревается до заданной температуры, Масса 35 отбирается 1 из подогревателя-выдерживателя 1 в нижней части через патрубок 4, проходит через внутреннюю трубу теплообменника 3 и выбрасывается через сопло в верхней части подо гревателя-выдерживателя 1 по касательной к поверхности массы, При этом происходит интенсивное перемешивание массы в подогревателе-выдерживателе .1, способствуюшее интенсиФикации про. 3 цесса гидролиза и кислотообразования и препятствующее образованию корки и застойных зон. После нагрева массы до заданной температуры клапан 12 закрывается и насос 18 отключается, 40Процесс выдерживания (гидролиз и кислотообразование) в подогревателе-выдерживателе 1 продолжается не менее 8 ч (длительность определяется . скоростью биохимического расщепления 45 кислотообразующими бактериями). Поэтому объем подогревателя-выдерживателя 1 выбирается из расчета 1/3 суточного объема перерабатываемой исходной массы.50Образующийся в процессе выдерживания газ (до 20- метан, около 80 углекислоты) через патрубок 7, трубопровод бб,клапан ЗЗ и патрубок 28 поступает в газовую полость реактора 20. Гидроэатвор 25 исключает воэмож 55 ность обратного течения газа из газовой полости реактора 20 в газовую полость подогревателя-вьщерживателя 1,Углекислый газ, поступающий иэ подогревателя-выдерживателя 1, участвуетв дальнейшем процессе образованияметана, что увеличивает объем выходагаза иэ реактора 20,В процессе выдерживания массы вподогревателе-выдерживателе 1 минеральные включения (песок, гравийи т,п.) из исходной массы под действием гравитационных сил выпадают восадок в конусную нижнюю часть откуда периодически (один раз в неделю)через патрубок 6 и клапан 11 удаляютсяпод действием гидростатического дав"ления массы в подогревателе-выдерживателе 1. Это исключает возможностьзасорения емкости реактора 20 осадком минеральных включений и уменьшает износ оборудования установки,Загрузка реактора 20 подготовленной массой происходит ежечасно. Этимдостигается стабилизация нагрузкиреактора 20, снижается динамика переходных процессов, обеспечиваемая равномерным замещением сброженной массыподготовленной массой с учетом мета"болической активности метанообразующих бактерий. Открывается клапан 36и включается насос 19. Подготовленнаяв подогревателе-выдерживателе 1 массачерез патрубок 4, трубопроводы 62 и64, клапан 36 и патрубок 26 насосом19 подается в начало реактора 20.Объем разовой дозы загрузки реактора20 составляет 1/24 часть суточногообъема загрузки. После загрузки отключается насос 19 и закрываетсяклапан 36, Общий уровень массы вреакторе 20 повышается и через гидрозатвор 24 вытесняется сброженнаямасса объемом, равным объему загруженной массы. Сброженная масса черезпатрубок 27 и трубопровод 65 направляется в хранилише для дальнейшегоиспользования в качестве высококачественного органического удобрения.Образуемый в процессе метановогоброжения биогаз из газовой полостиреактора 20 отбирается насосом 38,Открываются клапаны 40, 41 и 34,включается насос 38 и биогаз проходиТчерез пеногаситель 22 (очищаясь отпены и посторонних включений), патру-,бок 32, клапан 34, трубопровод 67,клапаны 40 и 41 и трубопровод 68 внормализатор 44 биогаза, где происходит его очистка от влаги и сероводорода. Очищенный газ через трубопровод7 14741 69 и патрубок 46 поступает в газгольдер 45, Из газгольдера 45 через патрубок 47 биогаз поступает на клапан 52, где снижается его давление (до 2 - 4 кПа), затем на фильтр 53 для очистки от механических примесей и через счетчик 54 и трубопровод 70 на энергоустановку 55 или к потребителю(например, на животноводческую ферму 10 для сжигания в котле). Выделяемый конденсат в процессе хранения биогаза собирается в нижней конической части газгольдера 45 и через патрубок 48 и клапан 51 периодически 15(один раз в неделю) сливается. При накоплении избыточного биогаза вгазгольдере 45, из-за отсутствия его потребления, излишек биогаза через патрубок 49 и клапан 50 сбрасывается в атмосферу. В случае необходимости (например, при ремонте насоса 38)закрываются клапаны 40 и 41 и открываются клапаны 42 и 43, Биогаз иэ реактора 20 через трубопровод 67, 25 клапаны 42 и 43, гидрозатвор 39 и трубопровод 68 поступает в нормали- затор 44. Дальнейшая работа газовой сети аналогична вышеописанной. Гид. розатвор 39 создает необходимое дав ление биогаза (3-5 кПа) в газовой .сети. Давление биогаза в газовой полости реактора 20 при отборе насосом 38 может изменяться в пределах(1,0-8,0 кПа) как в сторону разреже ния, так и в сторону напора. Работа реактора 20 с разрежением в газовой полости способствует интенсификации газовыделения. Диапазон давления биогаза в реакторе 20 устанавливается 40 по заданной технологии метанового брожения,В процессе метанового брожения температура массы в реакторе 20 снижается за счет теплопотерь через кор пус. Для компенсации этих теплопотерь открывается клапан 37 и теплоноситель .от энергоустановки 55 через трубопроводы 71 и 2, клапан 37, патруб . ки 29 и 30 насосом 56 циркулирует через теплообменник 23, нагревая массу в реакторе 20 до температуры брожения (33-55 С).После нагрева массы до заданной температуры клапан 37 закрываетсяПериодически (не более 2 раз в час)55 включается устройство 21 перемешивания массы в реакторе 20, обеспечивая ее гомогенность и препятствуя обра 07зованию корки в верхней и осадка внижней частях реактора 20, При этомзагружаемая подготовленная масса смешивается с массой в реакторе 20 и продвигается к выгруэному патрубку 27,Клапан 35 и патрубок 3 необходимыдля слива массы иэ реактора 20 приремонте оборудования,При необходимости переработкибольшого количества исходной массы(более суточного объема нагрузкиодного реактора) комплекс оборудования может включать в себя два, трии более реакторов. Управление потоками газа от подогревателя-выдерживателя 1 осуществляется через клапаны33, биогаэа от реакторов-клапанами 34,теплоносителя от энергоустановки 55 -клапанами 37, загружаемой массы вреакторы - клапанами 36, при этомгазовые полости реакторов сообщаются между собой через трубопровод 67,образуя общую полость всех реакторов,что позволяет использовать один и тотже состав оборудования установки независимо от количества реакторов.Подготовка исходной массы (измельчение, нагрев, гидролиз и кислотообразование в подогревателе-выдерживателе 1), согласование параметровдвух стадий процесса анаэробнс госбраживания (выдерживание не менее8 ч) увеличение дробности загрузкиреактора 20 (24 раза в сутки) поэво"ляют оптимизировать параметры биоэнергетической установки (снизитьдлительность процесса анаэробногосбраживания на 20-30 Е, стабилизировать глубину распада органическихвеществ в пределах 30-407, повыситьвыход биогаза с единицы объема реакторов на 30-407), включать в установку несколько реакторов при том жесоставе остального оборудования,снижают капитальные затраты и, соответственно, повышают эффективностьработы установки биологической очистки стоков.Формула и э о б р е т е н и я1. Установка биологической обработки стоков, содержащая реактор, снабженный теплообменником, гидро- затвором на выпуске сброженной массы и устройством перемешивания, подогреватель-выдерживатель с теплообменником и насосом для перемешивания,1474107 Съестная крь)шка. СлиВ излишкоб исходнан массы Подача сходной массь Рсхо 0 над касса о погребащель - оы 0 ержи 3 атель трубопровод, соединяющий подогрева- тель-выдерживатель с реактором, насос отбора биогаза, энергоустановку, клапаны автоматические и с ручным уп 5 равлением, а также технологические трубопроводы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности работы, она снабжена по крайней мере одним дополнительным реактором, установленными на реакторе пеногасителем и дополнительным гидрозатвором, а на подогревателе-выдерживателе " устройством загрузки, трубопроводом, соединенным с дополнительным гидрозатвором реактора и подогревателем-выдерживателем, трубопроводами, сообщающими энергоустановку с теплообменниками в подогревателе-выдерживателе и реакторе, трубопрово дом, присоединенным к пеногасителям реакторов и сообщающим последние, а также установленными на трубопроводе, соединяющим подогреватель-выдерживатель с реактором, клапанами избирательного направления потока.2. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что пеногаситель снабжен отражателями с образованием щелей, сливным патрубком, а также расположенным в верхней части отводя щим патрубком очищенного биогаза, пеногаситель выполнен в виде сосуда с конической нижней частью, соединенной со сливным патрубком, при этом коническая часть выполнена с отверстиями, суммарное сечение которых равно сечению отводящего патрубка. 3. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я 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. аоочни уровень массы оодогреоателе- оыдержиателе147407 О едактор Г, Волкова КорректорМ,Демчике а Заказ 1835/2 Подписное ираж ГКНТ СССР сударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 ВНИИПИ оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина,10 Составитель А.ДавыдяТехред Л.Олийнык уроЮеиь Реактор