RU2091338C1

RU2091338C1 - Method and apparatus for fermentolysis

Info

Publication number: RU2091338C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Тумченок
Original assignee: Акционерное общество "Промсвязь"
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1997-09-27

Abstract

FIELD: biogas production. SUBSTANCE: animal vital cycle products are concerned. Method consists in treating substrate by way of heating; dispersing substrate suspensions to particle sizes comparable with bacterium dimensions; growing bacterial biomass on produced substrate protecting it from external gas and temperature effects under stirring in chambers of acidic, regression acidic, and alkaline fermentation to form biogas and wort. Biogas and clarified wort are fed into methane fermentation chambers from which biogas is directed into tank located between coverings of acidic, regression acidic, and alkaline fermentation chambers and covering of casing. In the tank, water from biogas is condensed. Apparatus contains heating means and casing with process connecting pipes provided with non-rigid covering and with above- mentioned fermentation chambers also possessing non-rigid coverings facilitating formation of gas spaces under chamber coverings and between chamber coverings and that of casing. Non-rigid covering of casing can axially displace and is provided with hydraulic gate in the form of two concentrically disposed tubes, the outer one being mounted on the bridge between the chambers, whereas inner one is fastened on covering of casing free to displace relative to outer tube and is connected to biogas consummation source. Coverings of chambers have hydraulic valves to discharge condensate into chambers. Means for dispersing suspensions of substrate being processed, stirring means, and biogas consummation source are also available. EFFECT: enhanced efficiency of process. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике производства биогаза из продуктов жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовых сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях агропромкомплексов. The invention relates to techniques for the production of biogas from the waste products of animals, poultry, domestic wastewater and can be used in wastewater treatment plants of agricultural complexes.

Известен способ ферментолиза, включающий подготовку субстрата, который нагревают до температуры 32-38^oC, диспергируют взвеси до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивают биомассу при перемешивании с газовой и температурной изоляцией от воздействия внешней среды [1]
Известно устройство для осуществления ферментолиза, содержащее корпус с технологическими патрубками с приспособлениями для нагрева и диспергирования взвесей и перемешивания субстрата, выполненный с камерами кислого, регрессии кислого, щелочного и метанового брожения, причем камеры кислого, регрессии кислого, щелочного брожения выполнены с нежесткими перекрытиями камер и корпуса, с образованием газовых емкостей под перекрытием камер и между ним и перекрытием корпуса [2]
Недостатком способа и устройства для его осуществления является низкая эффективность процесса ферментолиза из-за дестабилизации температурного режима в корпусе.A known method of fermentolysis, including the preparation of a substrate that is heated to a temperature of 32-38 ^o C, disperse suspensions to particle sizes comparable with the size of bacteria, grow biomass with stirring with gas and temperature insulation from the environment [1]
A device for carrying out fermentolysis is known, comprising a housing with technological nozzles with devices for heating and dispersing suspensions and mixing the substrate, made with acidic chambers, acidic regression, alkaline and methane fermentation, wherein acidic, acidic, alkaline fermentation chambers are made with non-rigid overlapping chambers and housing, with the formation of gas tanks under the overlap of the chambers and between it and the overlap of the housing [2]
The disadvantage of the method and device for its implementation is the low efficiency of the fermentolysis process due to the destabilization of the temperature regime in the housing.

Цель изобретения повышение эффективности ферментолиза. The purpose of the invention is to increase the efficiency of fermentolysis.

Цель достигается тем, что в способе биогаз из камер метанового брожения направляют в емкость между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, в которой конденсируют водяные пары биогаза. The goal is achieved in that in the method, biogas from methane fermentation chambers is sent to a container between the overlaps of the acidic chambers, regression of acidic, alkaline fermentation and the closure of the casing, in which water vapor of the biogas is condensed.

В устройстве эта цель достигается тем, что нежесткое перекрытие корпуса, выполненное с возможностью аксиальных перемещений, снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентричных труб, из которых наружная установлена на перемычках между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса, и сообщено с источником потребления биогаза, с возможностью перемещения относительно наружной трубы, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры. In the device, this goal is achieved by the fact that the non-rigid overlapping of the body, made with the possibility of axial movements, is equipped with a hydraulic shutter in the form of two concentric pipes, of which the external is mounted on the jumpers between the chambers, and the internal is fixed to the ceiling of the body, and communicated with the source of biogas consumption, with the possibility of movement relative to the outer pipe, and the overlap of the chambers are equipped with hydraulic valves to discharge condensate into the chambers.

Такое выполнение способа и устройства устраняет дестабилизацию температурного режима в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения при колебаниях суточных и годовых температур наружного воздуха за счет тепла конденсации водяных паров биогаза в емкости между перекрытиями камер и корпуса, при этом образуются газовые слои под перекрытием камер и между перекрытиями камер и корпуса с изменением высоты последнего при изменении количества отбора газа к источнику потребления. This embodiment of the method and device eliminates the destabilization of the temperature in the chambers of acidic, regression of acidic and alkaline fermentation due to fluctuations in daily and annual outdoor temperatures due to the heat of condensation of biogas water vapor in the tank between the ceilings of the chambers and the housing, while gas layers are formed under the overlap of the chambers and between the ceilings of the chambers and the casing with a change in the height of the latter when the amount of gas withdrawal to the source of consumption changes.

На фиг.1 представлена схема установки для ферментолиза; на фиг.2 - устройство для осуществления способа, продольный разрез; на фиг.3 узел I на фиг. 2; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.3. Figure 1 presents the installation diagram for fermentolysis; figure 2 - device for implementing the method, a longitudinal section; in Fig. 3, the node I in Fig. 2; figure 4 section aa in figure 3; in Fig.5 section BB in Fig.3.

Устройство для осуществления способа ферментолиза содержит корпус 1 с технологическими патрубками 2-5 с приспособлениями 6 для нагрева и 7 - диспергирования взвесей и 8 перемешивания субстрата, выполненный с камерами 9 кислого, 10 регрессии кислого, 11 щелочного и 12-14 метанового брожения, причем камеры 9-11 выполнены с нежесткими перекрытиями 15 и нежестким перекрытием 16 корпуса 1 с образованием газовых емкостей 17 под перекрытием 15 камер 9-11 и 18 между ним и перекрытием 16 корпуса 1. Нежесткое перекрытие 16 корпуса 1 выполнено с возможностью аксиальных перемещений, например, гофра 19, снабжено гидравлическим затвором 20 в виде двух концентрических труб 21 и 22, из которых наружная 21 установлена на перемычках 23 между камерами 9-11, а внутренняя 22 закреплена на перекрытии 16 корпуса, и сообщено с источником 24 потребления биогенеза с возможностью перемещения относительно наружной трубы 21, а перекрытия 15 камер 9-11 снабжены гидравлическими клапанами 25 для сброса конденсата в камеры. Камеры 12-14 метанового брожения сообщены с микрофильтрами 25, а последние по биомассе сообщены с дезинтеграторами 27, а по осветленной бражке с биокультиваторами 28, микрофильтрами 29, дезинтеграторами 30, теплообменником 31 и емкостью 32 для избыточной биомассы. A device for implementing the fermentolysis method comprises a housing 1 with technological nozzles 2-5 with devices 6 for heating and 7 for dispersing suspensions and 8 mixing the substrate, made with cameras 9 acidic, 10 regression of acidic, 11 alkaline and 12-14 methane fermentation, and the camera 9-11 are made with non-rigid floors 15 and non-rigid floors 16 of the housing 1 with the formation of gas tanks 17 under the overlap 15 of the chambers 9-11 and 18 between it and the ceiling 16 of the housing 1. Non-rigid ceiling 16 of the housing 1 is made with the possibility of axial movements, for example, the corrugation 19, is equipped with a hydraulic shutter 20 in the form of two concentric pipes 21 and 22, of which the outer 21 is mounted on the jumpers 23 between the chambers 9-11, and the inner 22 is fixed to the ceiling 16 of the building, and is communicated with the source 24 of biogenesis consumption with the possibility of movement relative to the outer pipe 21, and the overlap 15 of the chambers 9-11 are equipped with hydraulic valves 25 to discharge condensate into the chambers. Chambers 12-14 of methane fermentation are in communication with microfilters 25, and the latter in biomass are in communication with disintegrators 27, and in a clarified mash with biocultivators 28, microfilters 29, disintegrators 30, a heat exchanger 31 and a capacity 32 for excess biomass.

Пример осуществления способа ферментолиза. An example implementation of the method of fermentolysis.

Субстрат концентрацией 2-10 г/л, нагретый до температуры 32-38^oC, по патрубку 2 поступает в камеру 3 кислого брожения корпуса 1, в котором подвергают диспергированию до размеров частиц, соответствующих размеру молочно- и маслянокислых бактерий в деспергаторе 7 с последующим перемешиванием приспособлением 8.A substrate with a concentration of 2-10 g / l, heated to a temperature of 32-38 ^o C, through the pipe 2 enters the chamber 3 of acidic fermentation of the housing 1, in which it is dispersed to particle sizes corresponding to the size of lactic and butyric acid bacteria in the despergator 7, followed by mixing device 8.

В камере 9 происходит распад жиров, белков и углеводов, причем клетчатка углеводов разлагается
3C₆H₁₀O₅ + 3H₂O _____→ 4CO₂ + 3CH₃COOH +

+ 4H₂.In the chamber 9, the breakdown of fats, proteins and carbohydrates occurs, and the fiber of carbohydrates decomposes
3C ₆ H ₁₀ O ₅ + 3H ₂ O _____ → 4CO ₂ + 3CH ₃ COOH +

+ 4H ₂ .

В камере 10 регрессии кислого брожения происходит распад этилового спирта и уксусной кислоты, например, для последней
CH₃COOH _____→ CH₄ + CO₂.In the chamber 10 of regression of acidic fermentation, the decomposition of ethyl alcohol and acetic acid occurs, for example, for the latter
CH ₃ COOH _____ → CH ₄ + CO ₂ .

Продолжение распада белка
Белки + H₂O

В камере 11 щелочного брожения из комплекса, полученного при распаде белка, образуется двууглекислый аммоний
NH₃ + CO₂ + H₂O _-----L (NH₄)HCO₃
и гидрат окиси аммония
NH₃ + H₂O -----L (NH₄)OH,
причем эти соединения обеспечивают слабощелочную реакцию в камере 11.Continued protein breakdown
Proteins + H ₂ O

In the alkaline fermentation chamber 11, ammonium bicarbonate is formed from the complex obtained by protein decomposition
NH ₃ + CO ₂ + H ₂ O _{----- L} (NH ₄ ) HCO ₃
and ammonium oxide hydrate
NH ₃ + H ₂ O ----- L (NH ₄ ) OH,
moreover, these compounds provide a slightly alkaline reaction in the chamber 11.

Осветленная бражка из камер 9-11 поступает в соответствующие камеры 12-14 метанового брожения, а через патрубки 3 отбирают биогаз из емкостей 17, которые перемещают навстречу друг другу в камерах 12-14, в которых продолжается распад остаточной клетчатки
C₆H₁₀O₅ + H₂O _-----L 3CH₄ + 3CO₂ и восстановление диоксида углерода до метана
CO₂ + 4H₂ -----L CH₄ + 2H₂O, помимо водорода, поступающего из камер 9 и 10, в камерах 12-14 образуется он за счет ферментного разложения воды ферментолиза
2H₂O -----L 2H₂ + O₂,
в результате ферментолиза количество биогаза по массе превышает массу распада органики.The clarified mash from the chambers 9-11 enters the corresponding chambers 12-14 of methane fermentation, and through the nozzles 3 biogas is taken from the tanks 17, which are moved towards each other in the chambers 12-14, in which the decay of residual fiber continues
C ₆ H ₁₀ O ₅ + H ₂ O _{----- L} 3CH ₄ + 3CO ₂ and reduction of carbon dioxide to methane
CO ₂ + 4H ₂ ----- L CH ₄ + 2H ₂ O, in addition to hydrogen coming from chambers 9 and 10, it is formed in chambers 12-14 due to the enzymatic decomposition of fermentolysis water
2H ₂ O ----- L 2H ₂ + O ₂ ,
as a result of fermentolysis, the amount of biogas by mass exceeds the mass of decomposition of organic matter.

Образующийся при ферментолизе кислород окисляет примеси биогаза, в частности сероводород, что повышает его качество, а органическая сера используется в качестве микроэлемента питания метаногенов
2H₂S + O₂ -----L 2S + 2H₂O.Oxygen generated during fermentolysis oxidizes biogas impurities, in particular hydrogen sulfide, which improves its quality, and organic sulfur is used as a micronutrient for methanogens
2H ₂ S + O ₂ ----- L 2S + 2H ₂ O.

Бражку со взвешенными в ней микроорганизмами направляют в микрофильтры 26, где отделяют биомассу, которую дезинтегрируют в дезинтеграторе 27 и дезинтеграт направляют на вход в камеры 12-14 для усиления ферментолиза за счет ферментов дезинтеграта, а избыточную часть используют в кормовых целях. Образующийся биогаз из камеры 12 поступает в емкость 18, в которой происходит конденсация водяных паров, конденсат заполняет гидравлический затвор 29 для последующего отбора к источнику 24 потребления биогаза, причем перекрытие 16 выполнено с возможностью аксиальных перемещений относительно перекрытия 15 за счет гофра 19 и возможности перемещения внутренней трубы 22 относительно наружной 21. Избыток конденсата из емкости 18 отводят через гидравлический клапан 25 в соответствующие камеры 9-11. The mash with microorganisms suspended in it is sent to microfilters 26, where the biomass is separated, which is disintegrated in the disintegrator 27 and the disintegrate is sent to the entrance to the chambers 12-14 to enhance fermentolysis due to disintegrate enzymes, and the excess is used for feed purposes. The resulting biogas from the chamber 12 enters the tank 18, in which condensation of water vapor occurs, the condensate fills the hydraulic shutter 29 for subsequent selection to the biogas consumption source 24, and the overlap 16 is made with the possibility of axial movements relative to the overlap 15 due to the corrugation 19 and the possibility of moving the inner pipe 22 relative to the outer 21. The excess condensate from the tank 18 is discharged through a hydraulic valve 25 into the corresponding chambers 9-11.

Осветленная бражка из микрофильтров 26 поступает в биокультиваторы 28, на биогенных элементах питания которой происходит выращивание биомассы аэробов. Биомассу отделяют в микрофильтрах 29, часть биомассы дизинтегрируют в дезинтеграторе 29 и возвращают на вход в биокультиватор 28 в качестве биостимуляторов, а избыточную часть нагревают в теплообменнике 31 до температуры 90-95^oC, направляют в емкость 32 и используют в качестве белково-витаминной добавки (БВД) в корм животным и птице.The clarified mash from microfilters 26 enters biocultivators 28, on the biogenic elements of which aerobic biomass is grown. The biomass is separated in microfilters 29, part of the biomass is disintegrated in the disintegrator 29 and returned to the inlet of the biocultivator 28 as biostimulants, and the excess part is heated in the heat exchanger 31 to a temperature of 90-95 ^o C, sent to the tank 32 and used as a protein-vitamin supplement (BVD) to feed animals and birds.

Такое выполнение способа позволяет увеличивать степень распада органики с 5-50% до 90-95% повышается содержание метана в биогазе с 65-70% до 95-98% выход биогаза возрастает с 0,6-0,8 кг с 1 кг органики до 1,3-1,5 кг, сокращается время сбраживания с 10-60 сут до 0,5-1,2 сут с одновременным повышением качества биогаза за счет освобождения его от вредных примесей. Снижается до минимума расход биогаза на внутренние нужды установки, т.е. на стабилизацию температурного режима брожения. This embodiment of the method allows to increase the degree of decomposition of organics from 5-50% to 90-95%; the methane content in biogas increases from 65-70% to 95-98%; the biogas yield increases from 0.6-0.8 kg from 1 kg of organics to 1.3-1.5 kg, the time of fermentation is reduced from 10-60 days to 0.5-1.2 days with a simultaneous increase in the quality of biogas due to its liberation from harmful impurities. The biogas consumption for internal needs of the installation is reduced to a minimum, i.e. to stabilize the temperature of fermentation.

Claims

1. Способ ферментолиза, включающий подготовку субстрата путем нагревания, диспергирования взвесей субстрата до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивание на полученном субстрате биомассы бактерий при газовой и температурной изоляции от воздействия внешней среды с образованием биогаза и бражки, отличающийся тем, что выращивание биомассы бактерий ведут при перемешивании в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, с подачей полученного биогаза и отсветленной бражки в камеры метанового брожения, с последующим направлением биогаза из камер метанового брожения в емкость, расположенную между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, с конденсацией в емкости водяных паров биогаза. 1. The method of fermentolysis, including preparation of the substrate by heating, dispersing the suspension of the substrate to particle sizes comparable with the size of the bacteria, growing on the resulting substrate biomass of bacteria during gas and temperature isolation from environmental influences with the formation of biogas and mash, characterized in that growing biomass bacteria are kept under stirring in chambers of acidic, regression of acidic and alkaline fermentation, with the supply of biogas and clarified mash in the chamber of methane fermentation, with the last the traveling direction of biogas from the methane fermentation chambers to a container located between the overlaps of the acidic chambers, regression of acidic, alkaline fermentation and the closure of the casing, with condensation of biogas water vapor in the tank.

2. Устройство для ферментолиза, содержащее корпус с технологическими патрубками и приспособления для нагрева, отличающееся тем, что устройство снабжено приспособлениями для диспергирования взвесей перерабатываемого субстрата, перемешивания и источником потребления биогаза, корпус выполнен с нежестким перекрытием и камерами кислого, регрессии кислого, щелочного брожения с перемычками между ними и с нежесткими перекрытиями, с образованием газовых емкостей под перекрытиями камер и между перекрытиями камер и корпуса, причем нежесткое перекрытие корпуса выполнено с воз- можностью аксиальных перемещений и снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентрично расположенных труб, из которых наружная установлена на перемычке между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса с возможностью перемещения относительно наружной трубы и сообщена с источником потребления биогаза, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры. 2. A device for fermentolysis, comprising a housing with technological nozzles and heating devices, characterized in that the device is equipped with devices for dispersing suspensions of the processed substrate, mixing and a biogas consumption source, the housing is made with non-rigid overlap and acid chambers, acid regression, alkaline fermentation with jumpers between them and with non-rigid ceilings, with the formation of gas tanks under the ceilings of the chambers and between the ceilings of the chambers and the casing, and non-rigid the housing can be axially displaced and equipped with a hydraulic shutter in the form of two concentrically arranged pipes, of which the outer one is mounted on a jumper between the chambers, and the inner one is fixed to the body overlap with the possibility of movement relative to the outer pipe and communicated with the biogas consumption source, and the ceiling chambers are equipped with hydraulic valves to discharge condensate into the chambers.