МЕТАНТЕНК

Полезная модель относится к области переработки отходов, возникающих при очистке хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод путем их биологической обработки анаэробным сбраживанием и предназначена для обработки осадков и органических шламов с рекуперацией биогаза в различных отраслях промышленности и транспорта, где требуются компактные установки.
Установка предназначена для переработки следующих видов отходов: шламы сточных хозяйственно-фекальных вод, органические шламы природных вод из открытых источников, пищевых и сельскохозяйственных отходов.
Известны устройства как стационарных метантенков (установок), описанные в источниках [1], [2], [3], [4], [5], [7], [8], [11] и так и мобильных бытовых [9], [10], [11].
Наиболее близкой по технической сущности является изобретение RU 2108702 С1 «Метантенк».
Признаки аналогов, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели:
- аналогичная последовательность технологических этапов обработки отходов - двухстадийное анаэробное сбраживание;
- объединение в едином агрегате (конструктивном узле) объемов, отвечающих за реализацию обоих этапов заявленной технологии обработки;
- наличие системы подачи, циркуляции и подогрева осадка;
- концентрическое расположение камер первой и второй ступеней обработки.
Общими недостатками данных объектов являются следующие:
- неудовлетворительные массо-габаритные показатели установок и комплексов;
- длительность процесса переработки, обусловленная низкой скоростью процесса сбраживания и уносом метаногенных организмов с несброженной массой;
- сложность конструкции;
- наличие приводимых движущихся частей;
- высокое энергопотребление (обогрев).
Задачей полезной модели является повышение эффективности и ускорение процессов биологической обработки отходов анаэробным сбраживанием при снижении массогабаритных показателей, энергопотребления и упрощении конструкции аппарата.
Технический результат полезной модели состоится в разработке метантенка, обеспечивающего повышение эффективности и ускорение процессов биологической обработки отходов за счет разделения рабочего процесса на стадии предварительного химического гидролиза, предварительного и основного анаэробного сбраживания, иммобилизации микроорганизмов на насыпной загрузке и рациональной организации гидродинамических потоков при снижении энергопотребления и упрощении конструкции аппарата исключением из конструкции движущихся деталей.
Число, назначение и работа функциональных единиц установки обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобный агрегат может быть использован в составе установок для комплексной очистки и переработки шламов сточных хозяйственно-фекальных вод, органических шламов природных вод из открытых источников, пищевых и сельскохозяйственных отходов с производством биогаза в целях рекуперации энергии (тепловой) отдельных производств, предприятий, организаций, судов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемая полезная модель позволит обеспечить полную комплексную переработки шламов сточных хозяйственно-фекальных вод, органических шламов природных вод из открытых источников, пищевых и сельскохозяйственных отходов с производством биогаза в целях рекуперации энергии (тепловой), а также улучшит экологическую обстановку, снизит энергопотребление, массогабаритные показатели, упростит конструкцию и повысит надежность системы в целом.
Метантенк включает в себя корпус, состоящий из концентрически расположенных круглых в плане обечаек, внутренняя из которых вместе с газовым колпаком образует основную камеру метанового сбраживания; насыпную твердую гранулированную загрузку, зафиксированную в объеме конструкции; а также системы подвода свежего и отвода несброженного осадка с блоком циркуляции и подогрева, систему газоотведения и арматуру.
Для осуществления двухстадийного процесса анаэробного сбраживания между наружней и внутренней обечайками коническим раструбом в нижней части последней и разделительным кольцом образована камера предварительного сбраживания, где происходят процессы химического гидролиза под действием реагентов, добавляемых в кавитаторе, что ускоряет начало газовыделения. Осадок из камеры предварительного сбраживания имеет возможность перетекания в надзагрузочное пространство основной камеры и заражения метаногенными бактериями.
Схема метантенка представлена на фигуре 1.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет собой схему метантенка. Схема выполнена в виде графических условных обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения жидкостей, шламов и биогаза.
Метантенк составляют: корпус, состоящий из концентрически расположенных круглых в плане обечаек, внутренняя из которых (поз.10) вместе с газовым колпаком (поз.8) образуют основную камеру метанового сбраживания, коническим раструбом в нижней части внутренней обечайки и разделительным кольцом (поз.11) образована камера предварительного сбраживания (поз.9); в объеме конструкции сетками зафиксирована насыпная твердая загрузка (поз.12), отделяющая нижнюю камеру (поз.13).
Система подвода свежего осадка состоит из высоконапорного насоса (поз.1), гидродинамического кавитатора подсоса реагентов для химического гидролиза (поз.2), теплообменного аппарата (поз.3(1)), линейных, распределительных трубопроводов и арматуры.
Систему отвода несброженного осадка составляют линейные трубопроводы и арматура.
Блок циркуляции и подогрева осадка образован: циркуляционным насосом (поз.4), теплообменным аппаратом (поз.3(2)), загрузочным устройством бактериального субстрата (поз.5), линейными, распределительными трубопроводами и арматурой.
Система газоотведения сформирована влагоотделителем (поз.6), предохранительным клапаном (поз.7), линейными трубопроводами.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Результат достигается тем, что поступающие на переработку отходы, проходят комплексную обработку в соответствии со схемой метантенка, представленной на фигуре 1 следующим образом.
Исходные отходы из шламовой цистерны станции очистки сточных вод забираются в систему подвода свежего осадка высоконапорным насосом (поз.1). Этим же насосом жидкость подается через гидродинамический кавитатор (поз.2) подсоса реагентов для химического гидролиза и теплообменный аппарат (поз.3(1)) в распределительные трубопроводы, расположенные в верхней части камеры предварительного сбраживания (поз.9). В кавитаторе происходит высокоэффективное смешение обрабатываемой жидкости с реагентами и ускоренное протекание химических реакций.
В камере предварительного сбраживания (поз.9) завершается протекание химических реакций гидролиза, что способствует ускорению начала газовыделения и начинается первая стадия сбраживания под действием анаэробных микроорганизмов, живущих в загрузке и проникающих в камеру через кольцевой зазор между коническим раструбом внутренней обечайки (поз.10) и разделительным кольцом (поз.11).
После первичного сбраживания часть осадка забирается в блок циркуляции и подогрева осадка посредством циркуляционного насоса (поз.4), подогревается до рабочей температуры теплообменным аппаратом (поз.3(2)) и подается через распределительные трубопроводы в нижнюю камеру (поз.13).
Далее потоки жидкости поднимаются в корпусе метантенка и проходят через насыпную твердую гранулированную загрузку (поз.12), зафиксированную в объеме конструкции сетками, вынося с собой метаногены и пузырьки биогаза. На насыпной загрузке иммобилизированы и активно размножаются и развиваются метаногенные организмы, протекают основные химические и биохимические процессы, способствующие образованию биогаза.
Над верхней сеткой загрузки установлены сборные трубопроводы, отбирающие более плотную жидкую фазу в блок циркуляции, газонасыщенная фаза поднимается во внутреннюю обечайку (поз.10), где в нетурбулизированном потоке происходит отделение биогаза.
Биогаз, генерируемый в рабочих камерах метантенка собирается в газовом колпаке (поз.8), служащем газгольдером и далее через влагоотделитель (поз.6) направляется потребителям.
В целях обеспечения безопасности установки на верхней части газового колпака установлен предохранительных клапан (поз.7), сбрасывающий избыточное давление в аппарате в атмосферу.
Для ускорения запуска установки и стабилизации (восстановления) рабочего процесса после сбоев предусмотрено добавление бактериального субстрата активных метаногенов посредством загрузочного устройства (поз.5) в блоке циркуляции и подогрева осадка.
Неорганический осадок, скапливающийся в нижней камере (поз.13), удаляется через трубопроводы системы отвода несброженного осадка.
Таким образом, число, назначение и работа функциональных единиц обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобный агрегат может быть использован в составе установок для комплексной очистки и переработки шламов сточных хозяйственно-фекальных вод, органических шламов природных вод из открытых источников, пищевых и сельскохозяйственных отходов с производством биогаза в целях рекуперации энергии (тепловой) отдельных производств, предприятий, организаций, судов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемая полезная модель позволит обеспечить полную комплексную переработки шламов сточных хозяйственно-фекальных вод, органических шламов природных вод из открытых источников, пищевых и сельскохозяйственных отходов с производством биогаза в целях рекуперации энергии (тепловой), а также улучшит экологическую обстановку, снизит энергопотребление, массогабаритные показатели, упростит конструкцию и повысит надежность системы в целом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент Российской Федерации 2440308 С2 на изобретение. Биоэнергетический комплекс.
2. Патент Российской Федерации RU 2423323 С2 на изобретение. Установка для анаэробной переработки субстратов в биогаз и удобрения.
3. Патент Российской Федерации RU 2281254 С1 на изобретение. Метантенк.
4. Патент Российской Федерации RU 2254699 С2 на изобретение. Жидкое минерализованное органическое удобрение из анаэробно сброженных разжиженных и измельченных органических отходов, способ приготовления и устройство для его осуществления.
5. Патент Российской Федерации RU 2250878 С1 на изобретение. Метантенк.
6. Патент Российской Федерации RU 2349556 С1 на изобретение. Способ двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов.
7. Патент Российской Федерации RU 2098481 С1 на изобретение. Бытовой метантенк.
8. Патент Российской Федерации RU 2108702 С1 на изобретение. Метантенк.
9. Патент Российской Федерации RU 2228583 С1 на изобретение. Биореактор.
10. Патент Российской Федерации RU 97124 U1 на полезную модель. Метантенк.
11. В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер Биогаз, теория и практика. (Пер. с нем. и предисловие М.И. Серебряного). М: Колос, 1982 - 148 с.: ил.