УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРАЖИВАНИЯ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области биологической очистки сточных вод, в частности к анаэробной стабилизации осадка в метантенках для очистных сооружений производительностью 50-100 тыс. м 3/сут. при мезофильном (30-40 град. С) и термофильном (50-60 град. С) температурных режимах.
Устройства для сбраживания осадка сточных вод (метантенки) относятся к сложным и дорогостоящим, но весьма эффективным сооружениям, обеспечивающим высокое качество сброженного осадка и получение энергии в виде биогаза; их работу интенсифицируют путем подогрева осадка с помощью теплообменников либо «острым паром» с помощью инжектора. Метантенки предназначены для биологической переработки (сбраживания) с помощью бактерий и других микроорганизмов в анаэробных условиях (без доступа воздуха) органической части осадка сточных вод. Распад органических веществ протекает в две фазы. В первой фазе из углеводов, жиров и белков образуются жирные кислоты, водород, аминокислоты и пр. Во второй - происходит разрушение кислот с образованием преимущественно метана и углекислого газа. В метантенк обычно подается смесь сырого (свежего) осадка из первичных отстойников и избыточный активный ил из вторичных отстойников после аэротенков. В метантенке производится подогрев сбраживаемой массы (чаще всего «острым паром») и ее перемешивание. Смесь газов, выделяющихся при сбраживании, состоит преимущественно из метана (до 70%) и углекислого газа (до 30%). Метан используется для получения пара, которым подогревают осадок.
Известно устройство для сбраживания осадка сточных вод, которое содержит цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметичным перекрытием, снабженный трубопроводом, подающим сырой осадок и трубопроводом, отводящим сброженный осадок (авторское свидетельство №353907 от 09.10.1972). Недостатком устройства является его низкая производительность.
Известно устройство, принятое в качестве наиболее близкого аналога, которое содержит цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем, герметичным перекрытием, колпак для сбора газа в верхней части резервуара, трубопроводы подачи сырого осадка и выгрузки сброженного осадка, перемешивающие устройства, паровой инжектор, трубопроводы подачи на инжектор сырого осадка и перегретого пара (патент RU №2286313, опубл.27.10.2006).
Недостатком данного устройства является недостаточная интенсификация процесса сбраживания осадка, что приводит к снижению производительности работы метантенка.
Техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью, является повышение производительности работы устройства за счет интенсификации процесса сбраживания осадка.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для сбраживания осадка сточных вод, содержащем метантенк, выполненный в виде цилиндрического железобетонного резервуара с коническим днищем и герметичным перекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа, трубопровод подачи сырого осадка, подсоединенный к верхней зоне резервуара и трубопровод выгрузки сброженного осадка, подсоединенный к зоне выгрузки в нижней конусной части резервуара, перемешивающие устройства, паровой инжектор, трубопровод подачи сырого осадка на инжектор, трубопровод подачи перегретого пара, в нем дополнительно
установлен насос, который, с одной стороны, подключен трубопроводом к верхней зоне резервуара, а с другой стороны, при помощи трубопровода рециркуляции осадка подключен к зоне выгрузки нижней конусной части резервуара, причем трубопровод рециркуляции установлен не менее, чем на 500 мм выше трубопровода выгрузки сброженного осадка; при этом в цилиндрической части резервуара установлено не менее одного устройства для завихрения потока, а угол наклона стенок конусной части резервуара составляет 15 градусов, и на внутреннюю поверхность конусного днища резервуара нанесено гидрофобизирующее покрытие.
Устройство для сбраживания осадка сточных вод поясняется фигурой чертежа, на которой изображен общий вид устройства, где:
1 - распределительная камера,
2 - цилиндрический резервуар с коническим днищем (метантенк),
3 - трубопровод подачи сырого осадка в верхнюю зону метантенка,
4 - устройство для завихрения потока,
5 - трубопровод подачи сырого осадка на инжектор,
6 - паровой инжектор,
7 - трубопровод подачи перегретого пара на обогрев сбраживаемой массы,
8 - перемешивающее устройство,
9 - трубопровод выгрузки сброженного осадка,
10 - трубопровод рециркуляции осадка,
11 - насос,
12 - камера выгрузки.
Устройство работает следующим образом. В верхнюю зону метантенка 2 через распределительную камеру 1 по трубопроводу 3
подачи сырого осадка подается сырой осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил из вторичных отстойников аэротенка (на черт. не показано), частично стабилизированный осадок из метантенка 2 по трубопроводу 5 подается в паровой инжектор 6, куда трубопроводом 7 подачи перегретого пара подается пар на обогрев сбраживаемой массы, а по трубопроводу 5 в инжектор подается сырой осадок, после чего подогретую смесь снова загружают в метантенк. В метантенке установлены перемешивающие устройства 8 для перемешивания осадка, которые могут быть выполнены, например, в виде пропеллерной мешалки или «газолифтной» системы. Однако, несмотря на значительное разнообразие перемешивающих устройств, полнота перемешивания осадка в метантенке не достигнута. Например, пропеллерные мешалки охватывают только цилиндрическую часть метантенка, а конусная часть остается вне зоны перемешивания, что приводит к отложению и накоплению песка в донной части и, следовательно, к снижению использования рабочего объема метантенка; «газолифтная система» осуществляет процесс перемешивания в центре емкости, что не обеспечивает равномерность перемешивания. Отсутствие эффективного перемешивания осадка в метантенке является одной из главных причин низкой скорости и недостаточной полноты процесса термофильного сбраживания, что снижает производительность работы метантенка.
Интенсификация процесса сбраживания осадка достигается за счет установки насоса 11, увеличивающего скорость выгрузки осадка, который частично (до 10%) забирает сброженный осадок с зоны выгрузки нижней конусной зоны резервуара и через трубопровод 10 рециркуляции осадка подает его в качестве затравки в верхнюю зону резервуара. Трубопровод 10 рециркуляции осадка установлен не менее, чем на 500 мм выше трубопровода 9 выгрузки сброженного
осадка, что позволяет направить в. метантенк в качестве затравки сброженный осадок, включающий лишь мелкие фракции песка, а крупные фракции в составе сброженного осадка по трубопроводу 9 выгрузки направляются в камеру выгрузки 12. Опытным путем установлено, что уменьшение расстояния менее 500 мм между трубопроводами 9 и 10 приводит к тому, что в сброженный осадок, используемый в качестве затравки, попадают крупные фракции, что нарушает работу насоса и процесс интенсификации. Рециркуляция сброженного осадка увеличивает биомассу микроорганизмов, участвующих в процессе, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс метанового сбраживания, что также повышает производительность работы метантенка.
Кроме того для повышения интенсификации процесса сбраживания осадка в цилиндрической части корпуса резервуара установлено не менее одного устройства 4 для завихрения потока, сбивающего процесс кольцевого закручивания осадка, создаваемый вращением лопастей перемешивающих устройств 8, что повышает эффективность перемешивания осадка. Устройство для завихрения потока может быть выполнено, например, типа «стиральной доски». Количество устанавливаемых устройств для завихрения зависит от типа перемешивающих устройств и производительности метантенка.
Повышению производительности метантенка способствует также угол наклона стенок конусной нижней части резервуара, который составляет не менее 15 градусов, что способствует увеличению скорости движения осадка к нижней точке выгрузки, приостанавливает процесс осаждения и накопления песка на стенках конусного днища, увеличивает рабочий объем метантенка. Опытным путем установлено, что угол наклона менее 15 градусов не обеспечивает вышеуказанные условия, что приводит к снижению производительности метантенка.
Кроме того нанесение на внутреннюю поверхность бетонного конусного днища гидрофобизирующего покрытия, снижающего коэффициент трения выгружаемой массы с днища, способствует увеличению скорости выгрузки, т.е. повышает производительность работы метантенка. При этом одновременно с гладкостью днища гидрофобизирующее покрытие обеспечивает защиту железобетонной поверхности от газовой коррозии.
Таким образом устройства завихрения осадка, рециркуляция сброженного осадка, перемешивающие устройства, гидрофобизирующее покрытие стенок конусного днища и рациональный угол наклона стенок конусного днища интенсифицируют процесс сбраживания осадка, повышают производительность метантенка по обработке сырого осадка и получению энергии биогаза для дальнейшего использования.