RU2163750C1 - Method and apparatus for sequential phase-by-phase anaerobic fermentation of liquefied organic wastes - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: method involves supplying liquefied organic wastes into outer chamber of methane tank and providing sequential anaerobic fermentation of organic wastes in outer and inner chambers; heating and mixing mass to be fermented; discharging fermented sediment from methane tank; withdrawing biogas from outer and inner chambers of methane tank and mixing biogas within injector with mass fermented in methane; prior to being introduced into injector, heating mass under fermentation process and feeding heated gas-and-liquid mixture into inner chamber of methane tank. Apparatus has methane tank, branch pipe for discharging biogas from outer chamber, injector connected to biogas discharge branch pipe, heat-exchanger, heater, and pump for intaking fermented mass from methane tank. Injector is communicated with biomass discharge branch pipe and is connected via heat-exchanger to fermented mass intaking pump. Heat-exchanger is engaged with heater. Branch pipe of mixing chamber of injector is connected to pressure pipe line for passage of heated gas-and-liquid mixture into methane tank. Method and apparatus may be used for production of high-quality disinfected organic fertilizers from different kinds of organic wastes. EFFECT: increased efficiency in anaerobic fermentation of organic wastes and improved quality and calorific value of produced biogas. 6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области канализации и преимущественно предназначается к использованию в сельском хозяйстве на животноводческих и птицеводческих фермах, в фермерских хозяйствах, индивидуальных усадьбах сельских жителей и на садово-огородных участках для приготовления высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков органических удобрений и горючего биогаза из навоза, помета, фекалий, боенских отходов, различных растительных отходов, не пригодных к употреблению поврежденных плодов и корнеклубнеплодов. The invention relates to the field of sewage and is primarily intended for use in agriculture on livestock and poultry farms, in farms, individual estates of rural residents and garden plots for the preparation of high-quality disinfected pathogenic microflora, helminths, their eggs and weed seeds of organic fertilizers and combustible biogas from manure, litter, feces, slaughterhouse waste, various plant wastes unsuitable for use damaged s and root crops.

Известны способ анаэробного сбраживания осадка сточных вод и осуществляющее его устройство в виде коаксиального метантенка по а.с. СССР N 552308, согласно которым сырой осадок вводят вовнутрь коаксиальной перегородки метантенка, являющейся центральной внутренней камерой анаэробного сбраживания, снабженной мешалкой. В основном сброженный во внутренней камере метантенка осадок выводится из под не доходящей до дна метантенка коаксиальной перегородки во внешнюю камеру, образуемую стенкой резервуара метантенка и коаксиальной перегородкой, где при завершении анаэробного досбраживания поступающая в нее из внутренней центральной камеры масса разделяется на отдельно удаляемые из нее иловую воду и уплотненный сброженный осадок. Выделяемый из сбраживаемой во внешней и внутренней камерах массы биогаз отводится из них через обособленные патрубки. A known method of anaerobic digestion of sewage sludge and its device in the form of a coaxial digester according to as USSR N 552308, according to which the crude sediment is introduced inside the coaxial septum of the digester, which is the central inner chamber of anaerobic digestion equipped with a stirrer. Basically, the sediment fermented in the inner chamber is discharged from under the coaxial septum not reaching the bottom to the outer chamber formed by the wall of the digester tank and the coaxial partition, where upon completion of anaerobic digestion, the mass coming into it from the inner central chamber is separated into silt separately removed from it water and compacted fermented sludge. The biogas extracted from the mass fermented in the external and internal chambers is removed from them through separate nozzles.

Недостатками известного способа и устройства его осуществления является то, что сбраживание осуществляют в центральной камере коаксиального метантенка, где вводимый в эту камеру свежий насыщенный органическими веществами сырой осадок смешивают со всей сбраживаемой массой, объединяя при этом разные фазы анаэробного сбраживания - гидролиза, ферментации, ацетатогенной и метаногенной фаз - воедино, усредняя фазные значения pH и смешивая преимущественные фазные симбиозы микроорганизмов, что замедляет процесс сбраживания и снижает производительность. The disadvantages of the known method and device for its implementation is that the fermentation is carried out in the central chamber of the coaxial digester, where a fresh, raw organic substance saturated with organic substances introduced into this chamber is mixed with the whole fermented mass, combining different phases of anaerobic digestion - hydrolysis, fermentation, acetogenic and methanogenic phases - together, averaging the phase pH values and mixing the predominant phase symbioses of microorganisms, which slows down the fermentation process and reduces the production duration.

Приведенные недостатки известного способа не позволяет использовать его для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельскохозяйственного производства, насыщенных трудносбраживаемыми и легко всплываемыми растительными материалами. The disadvantages of the known method does not allow using it for anaerobic digestion of liquefied organic waste of agricultural production, saturated with hard-to-digest and easily floating up plant materials.

Конструктивное выполнение известного по а.с. N 552308 метантенка с коаксиально закрепленный внутри его резервуара концентрической перегородкой имеет тот недостаток, что он не обеспечивает возможность осуществления пофазного анаэробного сбраживания органических отходов, а подающий сырой осадок трубопровод, установленный внутри центральной общей камеры сбраживания, исключает возможность осуществить пофазное сбраживание без конструктивных изменений метантенка. Constructive implementation of the known as N 552308 a digester with a concentric septum coaxially fixed inside its reservoir has the disadvantage that it does not provide the possibility of phase-by-phase anaerobic digestion of organic waste, and the raw feed pipe installed inside the central common digestion chamber eliminates the possibility of phase-by-phase digestion without structural changes of the digester.

Известны и другие способ анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов и устройство для его осуществления по патенту РФ 2073401, согласно которым сбраживание разжиженных органических отходов осуществляют последовательно пофазно во внешней и внутренней камерах коаксиального метантенка с перемешиванием сбраживаемых отходов во внешней камере путем подачи в нее свежих разжиженных органических отходов, тогда как устройство для осуществления способа, содержащее резервуар, выполняемый различной формы в плане с коническими или пирамидальными днищем и куполом с прикрепленной к куполу не доходящей до днища концентрической перегородкой, образующей внутреннюю и внешнюю камеры с вводом в последнюю патрубка подвода разжиженных органических отходов. Отвод биогаза из внутренней и внешней камер производится через обособленные патрубки над обеими камерами. There are other known methods of anaerobic digestion of liquefied organic waste and a device for its implementation according to the patent of the Russian Federation 2073401, according to which the liquefaction of liquefied organic waste is carried out sequentially phase-wise in the external and internal chambers of the coaxial digester with mixing the fermented waste in the external chamber by supplying fresh liquefied organic waste to it , while a device for implementing the method, comprising a reservoir, made of various shapes in plan with conical or pi ramid bottom and dome with a concentric septum not reaching the bottom attached to the dome, forming an inner and outer chamber with the introduction of liquefied organic waste into the last nozzle. Biogas is removed from the internal and external chambers through separate pipes above both chambers.

Недостатком этого известного способа анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, выполняемого в устройстве для его осуществления, является то, что выводимые из внутренней и внешней камер через обособленные патрубки биогазы существенно отличаются друг от друга по своему составу и калорийности, что не позволяет рационально использовать отводимый из внешней камеры биогаз обособленно из-за малого содержания в его составе метана и повышенного содержания углекислоты с сероводородом, низкой калорийности, тогда как смешивание биогаза из обеих камер существенно снижает качество и калорийность смеси. Недостатком является и то, что перемешивание и подогрев сбраживаемой массы осуществляются порознь. The disadvantage of this known method of anaerobic digestion of liquefied organic waste, carried out in a device for its implementation, is that the biogas discharged from the internal and external chambers through separate tubes substantially differ in composition and calorie content, which does not allow rational use of the discharged from the external biogas chambers are isolated because of its low methane content and high content of carbon dioxide with hydrogen sulfide, low calorie content, while mixing biogas from both cameras significantly reduces the quality and calorific mixture. The disadvantage is that the mixing and heating of the fermented mass are carried out separately.

Вместе с тем по своей технической сущности и достигаемому результату известные по патенту РФ N 2073401 способ и устройство для его осуществления являются наиболее близкими к изобретению. However, in terms of their technical nature and the achieved result, the method and device for its implementation known by the RF patent N 2073401 are the closest to the invention.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа и устройства для его осуществления, которое устраняло бы приведенные выше недостатки способа и устройства для его осуществления и обеспечило бы повышение эффективности анаэробного сбраживания, улучшение качества и калорийности биогаза. The present invention is the creation of such a method and device for its implementation, which would eliminate the above disadvantages of the method and device for its implementation and would increase the efficiency of anaerobic digestion, improving the quality and caloric content of biogas.

Согласно изобретению поставленная задача в выполнении способа достигается тем, что способ последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, включающий подачу во внешнюю камеру метантенка разжиженных органических отходов с последующим их последовательным анаэробным сбраживанием во внешней и внутренней камерах метантенка, перемешивание и подогрев сбраживаемой массы, вывод из метантенка сброженного осадка и отбор биогаза из внешней и внутренней камер метантенка, выполняют так, что отводимый из внешней камеры метантенка биогаз смешивают в инжекторе со сбраживаемой в метантенке массой, которую до ввода ее в инжектор подогревают, а нагретую газожидкостную смесь вводят во внутреннюю камеру метантенка, тогда как введенную во внутреннюю камеру метантенка нагретую газожидкостную смесь распределяют по внутренней камере метантенка отдельными рассредоточенными потоками, предпочтительно размещенными у днища метантенка. According to the invention, the task in the implementation of the method is achieved by the fact that the method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic waste, comprising feeding a liquefied organic waste into the external chamber of the digester with their subsequent sequential anaerobic digestion in the external and internal chambers of the digester, mixing and heating the fermented mass, withdrawal from digesters digested sediment and the selection of biogas from the external and internal chambers digesters, perform so that removed from at the back of the chamber, the biogas digester is mixed in the injector with the mass fermented in the digester, which is heated before being introduced into the injector, and the heated gas-liquid mixture is introduced into the inside digester tank, while the heated gas-liquid mixture introduced into the inside chamber of the digester is distributed by separate dispersed flows into the digester chamber, preferably placed at the bottom of the digester.

Достигается поставленная задача и новым конструктивным изготовлением устройства для осуществления приведенного выше нового способа последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйства, содержащего изготавливаемый из различных материалов герметичный резервуар круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане, конические или пирамидальные днище и купол с прикрепленной к куполу и не доходящей до дна резервуара цилиндрической или конической концентрической перегородкой, одинаковой в плане с формой резервуара и разделяющей его на внешнюю и внутреннюю камеры, патрубки подвода разжиженных органических отходов и отвода сброженного осадка, средство перемешивания и подогрева сбраживаемых отходов и патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, которое выполняют так, что патрубок отвода биогаза из внешней камеры метантенка соединен газопроводом с всасывающим патрубком инжектора, к напорному патрубку которого присоединен теплообменник, взаимодействующий с нагревателем и насосом, соединенным своим всасывающим патрубком с введенным в метантенк трубопроводом, а патрубок смесительной камеры инжектора соединен с напорным трубопроводом нагретой газожидкостной смеси, введенным в метантенк, где у его днища внутри метантенка соединен с установленным над днищем рассредоточителем потока. Решается поставленная задача и тем, что в качестве нагревателя установлен работающий на биогазе отопительный газовый аппарат с водяным контуром, снабженный автоматическим регулятором температуры нагрева воды. The objective is achieved by a new constructive manufacture of a device for implementing the above new method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic waste from agriculture and public utilities, containing a sealed round, oval, square, rectangular or polygonal shaped tank made of various materials, conical or pyramidal bottom and a dome with a cylindrical or conical attached to the dome and not reaching the bottom of the tank a concentric baffle, identical in plan with the shape of the tank and dividing it into external and internal chambers, nozzles for supplying liquefied organic waste and removal of fermented sludge, a means of mixing and heating fermented waste and pipes for biogas removal from the external and internal chambers, which are performed so that the biogas outlet pipe from the external chamber is connected by a gas pipeline to the suction pipe of the injector, to the discharge pipe of which a heat exchanger is connected, which interacts with heating elem and a pump connected with its suction pipe inserted into the digester conduit, and the injector nozzle mixing chamber connected to a pressure conduit of the heated gas-liquid mixture introduced into the digester, where at the bottom it is connected within the digester with established above the bottom stream rassredotochitelem. The problem is solved by the fact that a gas-fired heating apparatus with a water circuit equipped with an automatic temperature control of the water heating temperature is installed as a heater.

Поставленная задача достигается и тем выполнением устройства, что всасывающий газопровод инжектора двумя параллельно обособленными газопроводами соединен с газопроводом отвода биогаза из патрубка внутренней камеры метантенка в газгольдер или в другой регулятор постоянного давления биоагаза во внутренней камере метантенка, в один из которых встроен редукционный клапан сброса избыточного давления биогаза из внешней камеры метантенка в газопровод отвода биогаза из внутренней его камеры, а во второй параллельно обособленный газопровод встроен редукционный клапан подачи биогаза из газопровода его отвода из внутренней камеры во внешнюю камеру метантенка при образовании в ней вакуума. The task is achieved by the implementation of the device that the suction gas pipe of the injector is connected in two parallel gas pipelines to the biogas drain from the pipe of the internal chamber of the digester to the gas tank or to another constant pressure regulator of the bioagas in the inner digester chamber, in one of which a pressure relief valve is built-in biogas from the external chamber of the digester to the gas pipeline of biogas removal from its internal chamber, and into the second parallel separate gas pipeline d is integrated reducing valve supplying biogas pipeline from its outlet from the inner chamber into the outer chamber of the digester during the formation of a vacuum therein.

На чертежах схематично приведено устройство коаксиального метантенка, где на фиг. 1 показан его общий вид в разрезе с присоединенными к нему и встроенными в него газопроводами, редукционными клапанами, инжектором, насосом, теплообменником, нагревателем, трубопроводами и рассредоточителем потока, а на фиг. 2 показан вид по А-А на фиг. 1 при круглой форме выполнения резервуара метантенка в плане /при других формах выполнения резервуара метантенка в плане рассредоточитель потока нагретой газожидкостной смеси устанавливают в центральной части днища резервуара аналогично как и при круглой форме его выполнения с выполнением, что размер Б больше размера В/. In the drawings, a coaxial digester is shown schematically, where in FIG. 1 shows a general sectional view with gas pipelines, pressure reducing valves, an injector, a pump, a heat exchanger, a heater, pipelines and a flow diffuser connected to it and built into it, and FIG. 2 shows a view along AA in FIG. 1 with a round form of execution of the tank methane tank in plan / with other forms of execution of the tank of the methane tank in plan, the distributor of the heated gas-liquid mixture flow is installed in the central part of the bottom of the tank in the same way as with the round form of execution with the fulfillment that size B is larger than size B /.

Коаксиальный метантенк /фиг. 1 и 2/ представляет собой герметичный /в данном выполнении - цилиндрический/ резервуар 1 с коническими днищем 2 и купольным покрытием 3 с газосборником 4, снизу под которым к нему присоединена не доходящая до днища 2 резервуара 1 концентрическая в виде усеченного конуса перегородка 5, одинаковая по своей форме в плане с формой резервуара 1 в плане и обращенная своим основанием Б к днищу 2. Концентрическая перегородка 5 разделяет резервуар 1 на внешнюю 6 и внутреннюю 7 камеры, в которых размещены патрубки подвода разжиженных отходов 8 и отвода сброженного осадка 9. Из разнонаправленного тройника на конце патрубка 8 обеспечивается перемешивание сбраживаемой массы во внешней камере 6 струйным напором подаваемых разжиженных отходов из тройника патрубка 8. Над внешней 6 и внутренней 7 камерами выполнены патрубки 10 и 11 отвода из них биогаза, тогда как патрубок 10 отвода биогаза из внешней камеры 6 метантенка соединен газопроводом 12 с всасывающим патрубком 13 инжектора 14, к напорному патрубку 15 которого присоединен теплообменник 16 с нагревателем 17 и насосом 18. Всасывающий патрубок 19 насоса 18 соединен с трубопроводом 20 забора сбраживаемой массы из метантенка, тогда как патрубок смесительной камеры 21 инжектора 14 соединен напорным трубопроводом 22 нагретой газожидкостной смеси с введенным в метантенк и к установленным над его днищем 2 рассредоточителем потока 23. Coaxial digester / Fig. 1 and 2 / is a sealed / in this embodiment, a cylindrical / tank 1 with a conical bottom 2 and a dome cover 3 with a gas collector 4, from below under which a partition 5 concentric in the form of a truncated cone, not reaching the bottom 2 of the tank, is attached, the same in its shape in the plan with the shape of the tank 1 in the plan and facing its base B to the bottom 2. The concentric partition 5 divides the tank 1 into the outer 6 and inner 7 chambers, in which there are pipes for supplying liquefied waste 8 and discharge sediment 9. From the multidirectional tee at the end of the nozzle 8, the fermented mass is mixed in the outer chamber with the 6 jet head of the supplied liquefied waste from the tee of the nozzle 8. The nozzles 10 and 11 of the biogas outlet are made above the outer 6 and 7 chambers, while the nozzle 10 the biogas outlet from the external chamber 6 is connected by a gas pipe 12 to the suction pipe 13 of the injector 14, to the pressure pipe 15 of which is connected a heat exchanger 16 with a heater 17 and a pump 18. The suction pipe 19 of the pump 18 with of the connections to the conduit 20, sampling the fermentation mass of the digester, while the mixing chamber 21 of the injector tube 14 is connected to the feed line 22 with the heated gas-liquid mixture introduced into the digester and to set it on the bottom 2 rassredotochitelem stream 23.

Для обеспечения широкого диапазона регулирования заданных величин избыточного давления биогаза и его вакуума во внешней камере 6 - всасывающий газопровод 12 инжектора 14 двумя обособленными параллельными газопроводами 24 и 26 соединен с газопроводом 28. При этом в газопровод 24 встроен редукционный клапан 25 сброса избыточного давления биогаза из внешней камеры 6 метантенка в газопровод 28 отвода биогаза из внутренней его камеры 7, а в газопровод 26 встроен редукционный клапан 27 подачи биогаза из газопровода 28 во внешнюю камеру 6 метантенка при образовании в ней вакуума. To ensure a wide range of regulation of the set values of the biogas overpressure and its vacuum in the external chamber 6, the suction gas pipe 12 of the injector 14 is connected to the gas pipeline 28 by two separate parallel gas pipelines 24 and 26. At the same time, a pressure reducing valve 25 for biogas excess pressure relief from the external chamber 6 digesters into the gas pipeline 28 of biogas removal from its internal chamber 7, and a pressure reducing valve 27 for supplying biogas from gas pipeline 28 to the outer chamber 6 of the digester is integrated into gas pipeline 26 developing a vacuum in it.

В целях недопущения поступления биогаза из рассредоточителя потока нагретой газожидкостной смеси 23 во внешнюю камеру 6 размер внешнего его габарита В выполнен менее размера Б основания конической концентрической перегородки 5, что обеспечивает более полное использование тощего биогаза нагретой газожидкостной смеси метанообразующими микроорганизмами. In order to prevent the biogas from flowing the flow of the heated gas-liquid mixture 23 into the external chamber 6, its external dimension B is made smaller than the size B of the base of the conical concentric septum 5, which ensures more complete use of lean skinny biogas of the heated gas-liquid mixture by methane-forming microorganisms.

Другие трубопроводы /для контроля уровня и перелива и др./, как и устройство теплоизоляции метантенка, установка прибора КИПА - на чертежах не показаны, т. к. их выполнение возможно во многих вариантах. В соответствии с требованиями СНиП давление биоагаза во внутренней камере 7 метантенка устанавливается в пределах 1,5-2,5 кПа /150-250 мм вод. столба/. Other pipelines / for level and overflow control, etc. /, as well as a thermal insulation device for a digester, installation of a KIPA device are not shown in the drawings, since their implementation is possible in many versions. In accordance with the requirements of SNiP, the biogas pressure in the inner chamber 7 of the digester is set within 1.5-2.5 kPa / 150-250 mm of water. pillar.

Последовательное пофазное анаэробное сбраживание разжиженных органических отходов сельского и коммунального хозяйств в предложенном коаксиальном метантенке выполняют следующим образом. Serial phase anaerobic digestion of liquefied organic waste from agriculture and utilities in the proposed coaxial digester is performed as follows.

Свежие разжиженные и предпочтительно предварительно измельченные органические отходы влажностью 93±4% по трубопроводу 8 под напором вводят в межстенную внешнюю камеру 6, где струями разнонаправленных из тройника патрубка 8 потоков вводимые отходы смешивают с содержимой в камере 6 сбраживаемой массой. Загрузка метантенка разжиженными органическими отходами может производиться как непрерывно постоянно, так и периодически циклично один или несколько раз в сутки. При загрузке метантенка менее плотные трудносбраживаемые целлюлоза, легнин, жир и белки, содержащие легкие включения, всплывают вверх, будучи до этого перемещены потоками струй с содержимым камеры 6 и обсеменены с активным симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов, обеспечивающих в первой фазе анаэробного сбраживания разрушение сложных соединений в более простые с образованием из них во второй фазе сбраживания более плотных кислот и аминокислот, имеющих pH менее 7,2 и опускающихся вниз по камере 6 в камеру 7, где pH более 7,2 и где последующие ацетогенную и метаногенную фазы анаэробного сбраживания завершают. Fresh liquefied and preferably pre-shredded organic waste with a moisture content of 93 ± 4% through a pipe 8 is injected under pressure into an inter-wall external chamber 6, where streams of mixed waste from the branch pipe tee 8 are introduced into the waste stream mixed with the fermented mass contained in the chamber 6. The loading of the digesters with liquefied organic waste can be carried out both continuously continuously and periodically cyclically once or several times a day. When loading the digester, less dense, hard-to-defect cellulose, legnin, fat and proteins containing light inclusions float upward, being previously moved by streams of jets with the contents of chamber 6 and seeded with active symbiosis of cleaving / hydrolyzing / microorganisms, which ensure the destruction of complex ones in the first phase of anaerobic digestion more simple compounds with the formation of them in the second phase of fermentation of more dense acids and amino acids having a pH of less than 7.2 and descending down chamber 6 into chamber 7, where the pH is more than 7.2 and where subsequent acetogenic and methanogenic phases of anaerobic digestion are completed.

Образующийся в межстенной камере 6 малокалорийный биогаз выводят из нее по патрубку 10, а более калорийный биогаз, образующийся в камере 7, выводят из метантенка по патрубку 11. The low-calorie biogas formed in the inter-wall chamber 6 is removed from it through the nozzle 10, and the more high-calorie biogas formed in the chamber 7 is removed from the digester through the nozzle 11.

Постоянное поступление нагретой газожидкостной смеси из рассредоточителя потока 23 у днища 2 камеры 7 обеспечивает одновременное совмещенное газожидкостное перемешивание при нагреве сбраживаемой массы с вливающимся в камеру 7 из камеры 6 более плотного потока кислот и аминокислот, раскисляемого восходящими рассредоточенными нагретыми газожидкостными потоками сбраживаемой массы в камере 7. Обильное поступление биогаза с газожидкостной смесью из рассредоточителя потока 23 совместно с биогазом, который вырабатывают метанообразующие микроорганизмы в камере 7, обеспечивает у основания газосборника 4 постоянно "кипящую" поверхность сбраживаемой в метантенке массы, препятствуя тем самым образованию плотной корки, тогда как при подъеме биогаза от днища 2 к основанию газосборника 4 осуществляется досбраживание легких частиц массы и поглощение из тощего биогаза из камеры 6 углекислоты и сероводорода на формирование симбиоза микроорганизмов, осуществляющих анаэробное сбраживание в метантенке. Совмещенное газожидкостное перемешивание сбраживаемой массы с ее одновременным подогревом до устанавливаемой автоматически температуры в одном потоке, что существенно упрощает и удешевляет эксплуатационное обслуживание метантенка, активизирует и ускоряет процесс анаэробного сбраживания с увеличением выхода биогаза и повышает % содержание в его составе метана при снижении углекислоты и сероводорода. The constant flow of the heated gas-liquid mixture from the flow distributor 23 at the bottom 2 of the chamber 7 provides simultaneous combined gas-liquid mixing when the fermented mass is heated with a denser stream of acids and amino acids pouring into the chamber 7 from the chamber 6, deoxidized by the ascending dispersed heated gas-liquid flows of the fermented mass in the chamber 7. A plentiful supply of biogas with a gas-liquid mixture from the distributor of stream 23 together with biogas, which is produced by methane-forming mic roorganisms in the chamber 7, provides at the base of the gas collector 4 a constantly “boiling” surface of the mass fermented in the digester, thereby preventing the formation of a dense crust, whereas when lifting biogas from the bottom 2 to the base of the gas collector 4, light particles of the mass are fertilized and absorbed from lean biogas from chamber 6 of carbon dioxide and hydrogen sulfide for the formation of a symbiosis of microorganisms performing anaerobic digestion in a digester. Combined gas-liquid mixing of the fermented mass with its simultaneous heating to a temperature automatically set in one flow, which greatly simplifies and cheapens the maintenance of the digester, activates and accelerates the process of anaerobic digestion with an increase in biogas yield and increases the percentage of methane in its composition with a decrease in carbon dioxide and hydrogen sulfide.

В зависимости от задаваемых режимов работы метантенка, обуславливаемых влажностью сбраживаемой массы, периодичностью и дозой загрузки отходов и их составом, температурой сбраживания и другими факторами, давление вырабатываемого в камере 6 биогаза изменяется, тогда как давление биогаза в камере 7 постоянно и регулируется газгольдером или другими устройствами в пределах норм СНиП. При работе насоса 18 сбраживаемая в камере 7 масса засасывается трубопроводом 20 и под давлением через теплообменник 16 подается в инжектор 14, который через газопровод 12 и патрубок 10 засасывает биогаз из камеры 6. Образованная в смесительной камере 20 инжектора 14 подогретая газожидкостная смесь по трубопроводу 22 подается под напором в рассредоточитель потока 23, который может быть выполнен в том числе и в виде закольцованной системы перфорированных трубопроводов. Из отверстий рассредоточителя потока 23 газожидкостная смесь отдельными малыми струйными потоками вводится во внутреннюю камеру 7, поднимается вверх и смешивается с содержимым камеры 7 и вливающейся в нее массой из камеры 6. Depending on the set operating modes of the digester, determined by the moisture content of the fermented mass, the frequency and dose of waste loading and its composition, the fermentation temperature and other factors, the pressure of the biogas generated in the chamber 6 changes, while the biogas pressure in the chamber 7 is constantly controlled by a gas tank or other devices within the norms of SNiP. When the pump 18 is in operation, the mass fermented in the chamber 7 is sucked in by the pipe 20 and under pressure is supplied to the injector 14 through the gas pipe 12 and the biogas from the chamber 6 through the gas pipe 12 and the pipe 10. The heated gas-liquid mixture formed in the mixing chamber 20 of the injector 14 is supplied through the pipe 22 under pressure in the distributor flow 23, which can be made including in the form of a looped system of perforated pipelines. From the openings of the flow distributor 23, a gas-liquid mixture is introduced into the inner chamber 7 by separate small jet streams, rises and mixes with the contents of the chamber 7 and the mass pouring into it from the chamber 6.

При аварийном или каком-либо другом вынужденном прекращении работы насоса 18 с инжектором 14, а также при спонтанном обильном газообразовании в камере 6 давление биогаза в камере 6 может превысить 2,0 кПа /200 мм вод. столба/, что обусловит автоматическое срабатывание редукционного клапана 25, и биогаз из камеры 6 поступит в газопровод 28 и далее через газгольдер к потребителю /в газопроводе 28, как и во внутренней камере 7 метантенка, давление биогаза поддерживается газгольдером на уровне 2,0 кПа/. In the event of an emergency or any other involuntary shutdown of the pump 18 with the injector 14, as well as spontaneous abundant gas generation in the chamber 6, the biogas pressure in the chamber 6 may exceed 2.0 kPa / 200 mm of water. column /, which will cause automatic activation of the pressure reducing valve 25, and the biogas from the chamber 6 will enter the gas pipeline 28 and then through the gas holder to the consumer / in the gas pipeline 28, as in the internal chamber 7 digester, the pressure of the biogas is maintained by the gas tank at 2.0 kPa / .

При образовании в камере 6 вакуума более 2,0 кПа автоматически срабатывает редукционный клапан 27, и биогаз из газопровода 28 по газопроводу 26 поступит в камеру 6 и по газопроводу 12 будет отсасываться инжектором 14. If a vacuum of more than 2.0 kPa is formed in chamber 6, the pressure reducing valve 27 automatically activates, and biogas from gas pipeline 28 enters chamber 6 through gas pipeline 26 and is sucked off by injector 14 through gas pipeline 12.

В зависимости от видов, количества и качества отходов, дозы и периодичности их загрузки в метантенк, температуры сбраживания и других факторов в назначении режима работы метантенка регулировочная величина давления сработки редукционных клапанов 25 и 27 может изменяться. Depending on the type, quantity and quality of the waste, the dose and frequency of their loading into the digester, the fermentation temperature and other factors in the designation of the digester operation mode, the adjusting pressure value of the pressure of the pressure reducing valves 25 and 27 can vary.

Поддержание устанавливаемой температуры сбраживания органической массы в метантенке вне зависимости от температуры внешней среды в различные периоды года обеспечивается автоматически тем, что в трубопроводе ввода сбраживаемой массы от насоса 18 в теплообменник 16 установлен /на чертеже не показан/ датчик температуры, взаимодействующий с терморегулятором автоматического регулирования температуры воды нагревателя 17, обеспечивающего необходимый подогрев сбраживаемой массы в теплообменнике 16 до ее ввода в метантек через инжектор 14. Maintaining the set temperature of the digestion of organic matter in the digester regardless of the temperature of the environment at different periods of the year is automatically ensured by the fact that a temperature sensor interacting with the temperature control thermostat is installed in the piping for introducing the fermentable mass from the pump 18 into the heat exchanger 16 water heater 17, which provides the necessary heating of the fermentable mass in the heat exchanger 16 before it is introduced into the methane tank through the injector 14.

Предложенный способ последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов сельского хозяйства и коммунальных стоков, предусматривающий совместное гидравлическое жидкостное и газовое перемешивание сбраживаемой массы одновременно с ее подогревом в коаксиальном метантенке в сочетании с отсосом биогаза из его внешней камеры, может быть осуществлен в диапазоне температур от 12 до 60^oC, выбор оптимальной из которых обуславливается конкретными условиями.The proposed method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic agricultural wastes and municipal wastewater, providing for combined hydraulic liquid and gas mixing of the fermented mass simultaneously with its heating in a coaxial digester, combined with suction of biogas from its external chamber, can be carried out in the temperature range from 12 to 60 ^o C, the optimal choice of which is determined by specific conditions.

Экспериментальная проверка предложенного способа и метантенка для его осуществления, проведенная применительно к анаэробному сбраживанию помета кур, навоза крупного рогатого скота и свиней, показала высокую эффективность процесса, упростила его управление. An experimental verification of the proposed method and digester for its implementation, carried out in relation to anaerobic digestion of chicken litter, cattle and pig manure, showed high efficiency of the process, simplified its management.

Claims (6)

1. Способ последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, включающий подачу во внешнюю камеру метантенка разжиженных органических отходов с последующим их последовательным анаэробным сбраживанием во внешней и внутренней камерах метантенка, подогрев и перемешивание сбраживаемой массы, вывод метантенка сброженного осадка и отбор биогаза из внешней и внутренней камер, отличающийся тем, что отбираемый из внешней камеры метантенка биогаз смешивают в инжекторе со сбраживаемой в метантенке массой, которую до ввода ее в инжектор подогревают, а нагретую газожидкостную смесь вводят во внутреннюю камеру метантенка. 1. The method of sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic waste, comprising feeding a liquefied organic waste to the external chamber of the digester with their subsequent sequential anaerobic digestion in the external and internal chambers of the digester, heating and mixing the digestion mass, withdrawing the digester of the digested sediment and biogas extraction from the external and internal chambers, characterized in that the biogas taken from the external chamber is mixed in the injector with the mass fermented in the digester, which before it is introduced into the injector, it is heated, and the heated gas-liquid mixture is introduced into the internal chamber of the digester. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введенную во внутреннюю камеру метантенка нагретую газожидкостную смесь распределяют по внутренней камере метантенка отдельными рассредоточенными струйными потоками, предпочтительно размещенными у днища метантенка. 2. The method according to claim 1, characterized in that the heated gas-liquid mixture introduced into the inner chamber of the digester is distributed into the digester internal chamber by separate dispersed jet streams, preferably located at the bottom of the digester. 3. Устройство для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, содержащее изготавливаемый из различных материалов герметичный резервуар круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане, конические или пирамидальные днище и купол с прикрепленной к куполу и не доходящей до днища резервуара концентрической, конической или цилиндрической перегородкой, одинаковой в плане с формой резервуара и разделяющей его на внешнюю и внутреннюю камеры, патрубки подвода разжиженных органических отходов и отвода сброженных осадков, средства перемешивания и подогрева сбраживаемых отходов и патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, отличающееся тем, что патрубок отвода биогаза из внешней камеры метантенка соединен газопроводом с всасывающим патрубком инжектора, к напорному патрубку которого присоединен теплообменник, взаимодействующий с нагревателем и насосом, соединенным своим всасывающим патрубком с введенным в метантенк трубопроводом, а патрубок смесительной камеры инжектора соединен с напорным трубопроводом нагретой газожидкостной смеси, введенным в метантенк. 3. A device for sequential phase-by-phase anaerobic digestion of liquefied organic waste, containing a sealed round, oval, square, rectangular or polygonal shaped tank made of various materials, a conical or pyramidal bottom and a dome with a concentric attached to the dome and not reaching the bottom of the tank, conical or cylindrical partition, identical in plan with the shape of the tank and dividing it into external and internal chambers, liquefied inlet pipes organic waste and removal of fermented sediments, means of mixing and heating fermented waste and biogas drain pipes from the external and internal chambers, characterized in that the biogas drain pipe from the external chamber is connected by a gas pipe to the suction nozzle of the injector, to the pressure pipe of which the heat exchanger is connected, which interacts with a heater and a pump connected by its suction pipe to the pipe inserted into the digester, and the pipe of the injector mixing chamber is connected to the pressure head pipeline heated gas-liquid mixture introduced into the digester. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что напорный трубопровод подачи нагретой газожидкостной смеси в метантенк соединен у его днища внутри метантенка с установленным над днищем рассредоточителем потока. 4. The device according to claim 3, characterized in that the pressure pipe for supplying the heated gas-liquid mixture to the digester is connected at its bottom inside the digester with a flow diffuser installed above the bottom. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве нагревателя установлен работающий на биогазе отопительный газовый аппарат с водяным контуром, снабженный автоматическим регулятором температуры нагрева воды. 5. The device according to claim 3, characterized in that a biogas-fired heating gas apparatus with a water circuit equipped with an automatic temperature control of the water heating temperature is installed as a heater. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что всасывающий газопровод инжектора двумя параллельно обособленными газопроводами соединен с газопроводом отвода биогаза из патрубка внутренней камеры метантенка в газгольдер или в другой регулятор постоянного давления биогаза во внутренней камере метантенка, в один из которых встроен редукционный клапан сброса избыточного давления биогаза из внешней камеры метантенка в газопровод отвода биогаза из внутренней его камеры, а во второй параллельно обособленный газопровод встроен редукционный клапан подачи биогаза из газопровода его отвода из внутренней камеры во внешнюю камеру метантенка при образовании в ней вакуума. 6. The device according to claim 3, characterized in that the suction gas pipe of the injector is connected in parallel with two separate gas pipelines to the biogas discharge pipe from the nozzle of the inner chamber of the digester to the gas tank or to another biogas constant pressure regulator in the inner digester chamber, into one of which a pressure reducing valve is integrated discharge of biogas overpressure from the external chamber of the digester to the gas pipeline of biogas removal from its internal chamber, and a pressure reducing valve is built into the second parallel separate gas pipeline a pan for supplying biogas from the gas pipeline for its removal from the inner chamber to the outer chamber of the digester with the formation of vacuum in it.

Images