RU2092458C1 - Installation for processing sewage into biogas - Google Patents

Abstract

FIELD: waste disposal. SUBSTANCE: installation contains sand catcher; casing separated by partition into acidic and methane fermentation chambers with wort collectors underneath; microfilters; roofs disposed in upper parts of chambers to form gas spaces; commercial biogas tank; acidic fermentation regression and methanization chambers made in the form of wells separated by horizontal barriers into sections filled with grainy charge and having pulsators, inlet gas pipes and beam bubblers connected with those pipes. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к анаэробной очистке стоков с выработкой биогаза и может быть использовано при локальной очистке фекально- бытовых сточных вод жилых зданий и жилмассивов. The invention relates to anaerobic wastewater treatment with the production of biogas and can be used for local treatment of domestic wastewater from residential buildings and housing estates.

Известна установка для двухфазного анаэробного разложения углеродсодержащего материала, содержащая камеры кислого и метанового брожения по патенту США 4696746, кл. СО2F 11/04, 1987 г. A known installation for two-phase anaerobic decomposition of a carbon-containing material containing acid and methane fermentation chambers according to US patent 4696746, class. CO2F 11/04, 1987

Недостатком этой установки является низкая концентрация метана в биогазе. The disadvantage of this installation is the low concentration of methane in biogas.

Наиболее близким аналогом к изобретению является установка для переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз, содержащая песколовку, корпус с технологическими патрубками, разделенный перегородкой на камеры кислого и метанового брожения с размещенными под ними сборниками бражки и миктрофильтры [1]
Задачей изобретения является повышение концентрации метана в биогазе.The closest analogue to the invention is a plant for the treatment of domestic wastewater into biogas containing a sand trap, a housing with process pipes, separated by a partition into acid and methane fermentation chambers with mash mats and microfilters placed under them [1]
The objective of the invention is to increase the concentration of methane in biogas.

Поставленная задача решается тем, что известная установка снабжена перекрытиями, размещенными в верхних частях камер для образования газовых емкостей; горизонтальной перегородкой, установленной в верхней части корпуса для образования емкости для товарного биогаза, камерами регрессии кислого брожения и метанизации, выполненными в виде шахт, разделенных горизонтальными перегородками на секции, заполненные зернистой загрузкой, имеющие пульсаторы, газовые выходные патрубки и сообщенные между собой переливными трубами с лучевыми барботерами, при этом верхняя часть камеры регрессии кислого брожения сообщена со сборником бражки камеры кислого брожения и газовой емкостью этой камеры, камера метанизации сообщена со сборником бражки камеры метанового брожения и емкостью для товарного биогаза, а лучевые барботеры сообщены с газовым выходным патрубком камеры регрессии кислого брожения и газовой емкостью камеры метанового брожения. The problem is solved in that the known installation is equipped with ceilings located in the upper parts of the chambers for the formation of gas tanks; a horizontal partition installed in the upper part of the housing to form a tank for commercial biogas, acid fermentation and methanization regression chambers, made in the form of shafts, separated by horizontal partitions into sections filled with a granular charge, having pulsators, gas outlet pipes and interconnected overflow pipes with radiation bubblers, while the upper part of the acidic fermentation regression chamber is in communication with the digestion chamber of the acidic fermentation chamber and the gas capacity of this chamber, cam The methanization unit was communicated with the digestion chamber of the methane fermentation chamber and a tank for commercial biogas, and the beam spargers were connected with the gas outlet of the acid fermentation regression chamber and the gas tank of the methane fermentation chamber.

При распаде жиров и клетчатки в камере кислого брожения образуются жирные кислоты (уксусная, муравьиная, пропионовая, и т.д.) и спирты (метиловый, этиловый и т. п.) в виде летучих продуктов, которые тормозят жизнедеятельность бактерий, разлагающих белки и углеводы, особенно разложение последних. А в камере метанового брожения при распадке белков образуется комплекс газов, включающий двуокись углерода, аммиак и сероводород. При гидролизе комплекса образуются гидрат окиси аммония и друуглекислый аммоний, имеющие слабощелочную реакцию и подавляющие жизнедеятельность молочно и маслянокислых бактерий, разлагающих жиры и клетчатку и бактерий, разлагающий углеводы, а поэтому газовые потоки направляют в камеру метанизации, в которой происходит восстановление двуокиси углерода, до метана с использованием в качестве катализатора водорода, образованного в камерах кислого и регрессии кислого брожения. Вынос процесса восстановления жизнедеятельности метаногенов от воздействия летучих жирных кислот и спиртов, гидрата окиси аммония позволяет метановым бактериям осуществлять ферментное разложение воды на водород и кислород, что позволяет за счет ферментолиза получать массу метана, существенно превышающего массу беззольной органики. Выделяющийся при ферментолизе кислород окисляет сероводород до органической среды, что повышает качество биогаза. Все вместе взятое повышает концентрацию метана в биогазе. During the breakdown of fats and fiber in the acid fermentation chamber, fatty acids (acetic, formic, propionic, etc.) and alcohols (methyl, ethyl, etc.) are formed in the form of volatile products that inhibit the activity of bacteria that decompose proteins and carbohydrates, especially the decomposition of the latter. And in the methane fermentation chamber during protein breakdown, a complex of gases is formed, including carbon dioxide, ammonia and hydrogen sulfide. When the complex is hydrolyzed, ammonium hydroxide and ammonium druic acid are formed, having a slightly alkaline reaction and inhibiting the activity of lactic and butyric acid bacteria, which decompose fats and fiber, and bacteria that decompose carbohydrates, and therefore gas flows are sent to a methanization chamber, in which carbon dioxide is reduced to methane using hydrogen as a catalyst formed in the chambers of acidic and regression of acidic fermentation. The removal of the process of restoration of the vital activity of methanogens from exposure to volatile fatty acids and alcohols, ammonium oxide hydrate allows methane bacteria to carry out the enzymatic decomposition of water into hydrogen and oxygen, which allows fermentolysis to produce a mass of methane significantly exceeding the mass of ashless organics. Oxygen released during fermentolysis oxidizes hydrogen sulfide to an organic medium, which increases the quality of biogas. All taken together increases the concentration of methane in biogas.

На чертеже представлена схема установки для переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз. The drawing shows a diagram of a plant for the treatment of domestic waste water into biogas.

Установка содержит песколовку 1, диспергатор 2, корпус 3, разделенный перегородкой на камеры 4 и 5 соответственно кислого и метанового брожения с технологическими патрубками 6 10, выполненные с ложными днищами 11 и 12, и размещенными под ними сборниками бражки 13 и 14, снабженными пульсаторами 15 и 16, в нижней части и перекрытиями 17 и 18 в верхней, образующими газовые емкости 19 и 20, горизонтальную перегородку 21 из газонепронициаемого материала в верхней части корпуса, образующей емкость 22 для товарного биогаза. Установка по потоку бражки снабжена микрофильтрами 23 и 24 и дополнительными диспергаторами 25 и 26. Установка снабжена камерами 27 регрессии кислого брожения и 28 метанизации, выполненными в виде шахт со сплошными горизонтальными перегородками 29, образующими секции 30, сообщенные между собой переливными трубами 31, имеющие пульсаторы 33 и зернистую загрузку 34 на сплошных перегородках 29 секций 30, причем камера 27 регрессии кислого брожения сообщена со сборником 14 бражки камеры кислого брожения в верхней части и с газовой емкостью 19 этой камеры 4, сообщенной с барботерами 32 каждой секции 30, а камера 28 метанизации сообщена со сборником 13 бражки камеры 5 метанового брожения, а лучевые барботеры 32 сообщены с газовыми выходным патрубком 35 камеры регрессии кислого брожения 27, а на выходе камера 28 метанизации сообщена с газовой емкостью 22 для товарного биогаза. The installation comprises a sand trap 1, dispersant 2, housing 3, divided by a partition into chambers 4 and 5, respectively, of acid and methane fermentation with process pipes 6 10, made with false bottoms 11 and 12, and mash mats 13 and 14 placed under them, equipped with pulsators 15 and 16, in the lower part and ceilings 17 and 18 in the upper, forming gas containers 19 and 20, a horizontal partition 21 made of gas-impermeable material in the upper part of the housing, forming a tank 22 for commercial biogas. The downstream installation is equipped with microfilters 23 and 24 and additional dispersants 25 and 26. The installation is equipped with acid fermentation regression chambers 27 and 28 methanization made in the form of shafts with continuous horizontal partitions 29 forming sections 30 communicated by overflow pipes 31 having pulsators 33 and granular charge 34 on solid partitions of 29 sections 30, wherein the acid fermentation regression chamber 27 is in communication with the collection 14 of the acid fermentation chamber mash in the upper part and with a gas tank 19 of this chamber 4, s communicated with the bubblers 32 of each section 30, and the methanization chamber 28 is in communication with the digestion chamber 13 of the methane fermentation chamber 5, and the beam bubblers 32 are in communication with the gas outlet pipe 35 of the acid fermentation regression chamber 27, and the methanization chamber 28 is in communication with the gas tank 22 for commercial biogas.

Установка переработки фекально-бытовых сточных вод работает следующим образом. The installation for the treatment of domestic waste water works as follows.

Стоки, нагретые до 32-38^oC, поступают в песколовку 1, в которой осаждением отделяют минеральные примеси и направляют в генератор 2, в котором ударно-акустическими, срезающими и истирающими воздействиями измельчают взвеси с гомогенизацией с водной средой и образованием субстрата. В камере 4 кислого брожения под воздействием масляно- молочно-кислых бактерий происходит распад жиров и клетчатки с образованием летучих жирных кислот (уксусной, муравьиной и т.д.) и спиртов (метилового, этилового и других), которые накапливаются в газовой емкости 19. На ложных днищах 11 в присутствии зернистой засыпки происходит дальнейшее измельчение взвесей под действием пульсаций, создаваемых пульсатором 15, одновременно это устраняет закупорку живого сечения днища 11 и обеспечивает проход бражки в сборник 13 и далее в камеру 27 регрессии кислого брожения. Одновременно через патрубок 10 из газовой емкости 19 в камеру 27 регрессии кислого брожения через лучевые барботеры 32 поступают летучие жирные кислоты и спирты и происходит их распад с образованием двуокиси углерода, водорода и других газовых примесей. Лучевые барботеры 32 имеют односторонние горизонтальные входные отверстия, что обеспечивает вращательное перемещение бражки и измельчение взвесей зернистой загрузкой 34, причем измельчению способствует работа пульсатора 33. Бражка последовательно протекает сверху вниз по переливным трубам 31, что обеспечивает сукцессию, т. е. использование метаболитов жизнедеятельности вышерасположенных микроорганизмов для питания микроорганизмов нижерасположенной секции 30 с одновременным исчерпыванием биогенных элементов питания бражки. Отработанная бражка со взвешенными в ней микроорганизмами поступает в микрофильтр 23 для отделения взвесей, которые измельчают в диспергаторе 25 и возвращают диспергат на вход в камеру 27 регрессии кислого брожения. Деспергирование происходит с разрушением оболочек бактерий с освобождением нуклеиновых кислот, ферментов, микроэлементов, витаминов, что является биостимулятором процессов в камере 27. Бражка из камеры 4 кислого брожения поступает в камеру 5, в которой происходит гидролитический распад белков и углеродов. При распаде белка образуется аммиак, который в свою очередь обеспечивает появление в бражке гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония, создающие щелочную реакцию среды в бражке этой камеры 5. При распаде органогенов образуются диоксид углерода и метан, которые собираются в газовой емкости 20 и оттуда через патрубок 6 их отбирают в лучевые барботеры 32 камеры 28 метанизации. Одновременно из сборника 14 по патрубку 7 отбирают бражку, которая поступает в верхнюю секцию 30 камеры 28. На перегородках 29 в присутствии зернистой загрузки 34, являющиеся помимо измельчителя буфером для иммобилизации метаногенов, происходит восстановление диоксида углерода до метана с использованием в качестве катализатора водорода, поступающего через патрубок 35 камеры 27 регрессии кислого брожения в барботеры 32 камеры 28 метанизации. Отсутствие воздействия метаболитов молочно- масляно- кислых бактерий повышает биологическую активность метагенов и обеспечивает ферментное разложение воды на кислород и водород. Кислород окисляет сероводород до органической среды, которая является микроэлементом питания для метаногенов, а водород, выделяющийся при ферментолизе, обеспечивает восстановление двуокиси углерода метана. Ферментолиз интенсифицируется работой пульсатора 33 и возвратом биомассы после отделения ее в миктрофильтре 24 и измельчения в диспергаторе 26. Образующиеся газы перемещаются от нижележащих секций 30 камеры 28 в вышележащие по переливным трубам 31, отводятся сверху и через патрубок 36 наполняют емкость 22 товарного биогаза с содержанием метана 95-98% Перекрытия 17, 18 и перегородка 21, одновременно с газовыми емкостями 19, 20 и 22 являются теплоизоляторами для биологических процессов, протекающих в камерах 5 и 4, что обеспечивает стабильность температур в пределах одного градуса от принятой. Поступление стоков в песколовку 1 и диспергата субстрата через патрубок 9 в камеру 4 кислого брожения непрерывное.The effluents heated to 32-38 ^o C enter the sand trap 1, in which the mineral impurities are separated by precipitation and sent to the generator 2, in which the suspension is homogenized with an aqueous medium and a substrate is formed by shock-acoustic, shearing and abrasive influences. In the chamber 4 of acidic fermentation under the influence of lactic acid bacteria, fat and fiber decompose with the formation of volatile fatty acids (acetic, formic, etc.) and alcohols (methyl, ethyl and others), which accumulate in the gas tank 19. On the false bottoms 11, in the presence of granular filling, further suspension grinding occurs under the action of pulsations created by the pulsator 15, at the same time this eliminates the clogging of the live section of the bottom 11 and ensures passage of the mash into the collector 13 and further into the chamber 27 of the regression of the Ki fermentation layer. At the same time, volatile fatty acids and alcohols enter the chamber 27 of regression of acidic fermentation through the nozzle 10 from the gas tank 19 and into the chamber 27 of regression of acidic fermentation and their decomposition occurs with the formation of carbon dioxide, hydrogen and other gas impurities. Radiation bubblers 32 have one-sided horizontal inlet openings, which provides rotational movement of the mash and grinding of suspensions with a granular load 34, and pulsator 33 contributes to grinding. The mash is sequentially flowing from top to bottom along overflow pipes 31, which ensures succession, that is, the use of metabolites of upstream activities microorganisms for feeding microorganisms of the downstream section 30 with the simultaneous exhaustion of biogenic nutrients mash. The spent mash with microorganisms suspended in it enters the microfilter 23 to separate the suspensions, which are crushed in the dispersant 25 and return the dispersant to the inlet of the acid fermentation regression chamber 27. Despergation occurs with the destruction of bacterial membranes with the release of nucleic acids, enzymes, trace elements, vitamins, which is a biostimulant of processes in chamber 27. The mash from acid fermentation chamber 4 enters chamber 5, in which hydrolytic decomposition of proteins and carbons occurs. During protein decomposition, ammonia is formed, which in turn provides the appearance of ammonium hydroxide and ammonium bicarbonate in the mash, creating an alkaline reaction of the medium in the mash of this chamber 5. During the decomposition of organogens, carbon dioxide and methane are formed, which are collected in gas tank 20 and from there through the pipe 6 they are selected in the beam bubblers 32 of the methanization chamber 28. At the same time, mash, which enters the upper section 30 of the chamber 28, is taken from the nozzle 14 through the nozzle 7. On the partitions 29 in the presence of a granular charge 34, which, in addition to the chopper, are a buffer for immobilizing methanogens, carbon dioxide is reduced to methane using hydrogen supplied as a catalyst through the nozzle 35 of the chamber 27 regression of acidic fermentation in the bubblers 32 of the chamber 28 methanization. The absence of exposure to metabolites of lactic acid bacteria increases the biological activity of metagens and ensures the enzymatic decomposition of water into oxygen and hydrogen. Oxygen oxidizes hydrogen sulfide to an organic medium, which is a micronutrient for methanogens, and the hydrogen released during fermentolysis ensures the recovery of carbon dioxide methane. Fermentolysis is intensified by the operation of the pulsator 33 and the return of the biomass after separation in the microfilter 24 and grinding in the disperser 26. The resulting gases are transferred from the lower sections 30 of the chamber 28 to the overlying pipes 31, are discharged from above and fill the tank 22 of commercial biogas with methane content through the pipe 36 95-98% of the Overlap 17, 18 and the partition 21, simultaneously with the gas tanks 19, 20 and 22 are heat insulators for biological processes in the chambers 5 and 4, which ensures temperature stability within one degree of the adopted. The flow of effluents into the sand trap 1 and the dispersed substrate through the pipe 9 into the acid fermentation chamber 4 is continuous.

Claims (1)

Установка для переработки фекально-бытовых сточных вод в биогаз, содержащая песколовку, корпус с технологическими патрубками, разделенный перегородкой на камеры кислого и метанового брожения с размещенными под ними сборниками бражки, и микрофильтры, отличающаяся тем, что она снабжена перекрытиями, размещенными в верхних частях камер для образования газовых емкостей, горизонтальной перегородкой, установленной в верхней части корпуса для образования емкости для товарного биогаза, камерами регрессии кислого брожения и метанизации, выполненными в виде шахт, разделенных горизонтальными перегородками на секции, заполненные зернистой загрузкой, имеющие пульсаторы, газовые выходные патрубки и сообщенные между собой переливными трубами с лучевыми барботерами, при этом верхняя часть камеры регрессии кислого брожения сообщена со сборником бражки камеры кислого брожения и газовой емкостью этой камеры, камера метанизации сообщена со сборником бражки камеры метанового брожения и емкостью для товарного биогаза, а лучевые барботеры сообщены с газовым выходным патрубком камеры регрессии кислого брожения и газовой емкостью камеры метанового брожения. Installation for the treatment of domestic waste water into biogas containing a sand trap, a casing with technological pipes, divided by a partition into acid and methane fermentation chambers with mash collectors placed under them, and microfilters, characterized in that it is equipped with ceilings located in the upper parts of the chambers for the formation of gas tanks, a horizontal partition installed in the upper part of the housing for the formation of tanks for commercial biogas, regression chambers of acid fermentation and methanization, in the form of mines, divided by horizontal partitions into sections filled with a granular charge, having pulsators, gas outlet pipes and interconnected by overflow pipes with beam spargers, while the upper part of the acid fermentation regression chamber is in communication with the digestion chamber of the acid fermentation chamber and the gas capacity of this chambers, a methanization chamber communicated with a digestion chamber of a methane fermentation chamber and a tank for commercial biogas, and beam bubblers are in communication with a gas outlet of the chambers Regression acid fermentation tank and the methane fermentation gas chamber.