МЕТАНТЕНК
ANAEROBIC DIGESTER

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания осадков сточных вод различной концентрации и может быть использовано на станциях очистки городских, производственных и сельскохозяйственных сточных вод.
Известен метантенк (1) для сбраживания осадка сточных вод, содержащий герметичный резервуар с коаксиальной перегородкой, разделяющей его на изолированные друг от друга внешнюю и внутреннюю камеры, и снабженный трубопроводами подачи и отвода исходного и сброженного осадков, а также патрубком для отвода газа. Метантенк имеет отдельно расположенную камеру уплотнения осадка, воздухозаборник с трубопроводом и компрессором.
Предусмотренное в устройстве нагнетание компрессором воздушного потока не обеспечивает необходимое для полноты сбраживания перемешивание и дробление осадка, что приводит к недостаточной переработке осадка и снижению выхода биогаза. Кроме того, анаэробное разложение, в результате которого выделяется метан, возможно лишь в отсутствие кислорода. Данное требование не соблюдается, так как предусмотрена регулярная подача воздушной смеси под давлением. Без подогрева и тепловой изоляции герметичного резервуара, а также размещение в нем только двух камер не позволяет поддерживать требуемый для жизнедеятельности микроорганизмов температурный режим в холодный период года, что увеличивает время брожения и, в свою очередь, требует резервуары завышенных рабочих объемов.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является метантенк (2), содержащий герметичный резервуар с коаксиально расположенными в нем перегородками, разделяющими его на камеры внешнюю, уплотненного осадка и внутреннюю сбраживания осадка, сообщенные между собой посредством окон. Резервуар снабжен трубопроводами для подачи и отвода осадка и патрубками для удаления образовавшегося газа, а также паропроводом и газораспределительными устройствами перемешивания осадка.
Для проведения процесса сбраживания в холодный период года используется тепловая энергия в виде пара, поддерживающая требуемую для жизнедеятельности микроорганизмов температуру. В отсутствие пара перемещение осадка через свободное сечение окон приводит к интенсивному конвективному теплообмену, увеличивающему потери теплоты резервуаром в окружающую среду и снижающему температурный режим сбраживания, что оказывает негативное влияние на выход биогаза. Подача газа под давлением в газораспределительные устройства способствует рыхлению осадка, но не обеспечивает необходимого перемешивания и дробления, которое может быть достигнуто при гидравлическом и механическом способах.
Задачей изобретения является повышение производительности метантенка и снижение энергозатрат на обработку осадка.
Эта задача решается тем, что в метантенке, содержащем герметичный резервуар с коаксиальными перегородками, разделяющими его на внешнюю камеру, камеру уплотнения осадка и внутреннюю камеру сбраживания, сообщающиеся между собой посредством окон, трубопроводы подачи и отвода исходного, осветленного, уплотненного и сброженного осадков, патрубки для удаления газа, отличительными от прототипа признаками являются внешняя тепловая изоляция герметичного резервуара и в окнах, расположенных в коаксиальных перегородках, установлены заполненные зернистым материалом пакеты сеток так, что окна с крупнозернистым материалом расположены в нижней части коаксиальной перегородки, разделяющей внешнюю камеру и камеру уплотнения осадка, окна с мелкозернистым материалом размещены в верхней части коаксиальной перегородки, разделяющей камеру уплотнения осадка и внутреннюю камеру сбраживания, которые дополнительно содержат пустотелые полимерные наполнители и сетки на входе в трубопроводы для отвода осадка, при этом трубопроводы подачи осадка установлены тангенциально к камерам уплотнения и сбраживания.
Предлагаемая конструкция метантенка без применения дополнительных устройств позволяет качественно разделить уплотненный и осветленный осадки за счет прохождения последнего через окна с пакетами сеток, заполненными крупнозернистым материалом, и провести более полный процесс брожения при поступлении в течение первых нескольких суток из внутренней камеры сбраживания в камеру уплотнения через окна с мелкозернистым материалом жидкой фракции осадка, насыщенной колониями микроорганизмов, для стимулирования начальной стадии разложения. Предусмотрено периодическое гидравлическое перемешивание осадка по принципу циклона, включающее элементы механического при наличии пустотелых полимерных наполнителей, так как их присутствие приводит к дополнительному дроблению и к защите верхнего слоя от высыхания. Легкие наполнители покрывают поверхность осадка и тем самым снижают количество перемешиваний, в результате которых получают мелкие фракции осадка для наиболее полного его перерабатывания.
На фиг. 1 представлен поперечный разрез метантенка.
На фиг. 2 изображен разрез вида сверху не заполненного метантенка.
Метантенк выполнен в виде герметичного резервуара 1 цилиндрической формы. Резервуар 1 имеет наружную тепловую изоляцию 2 и снабжен трубопроводами подачи исходного 3 и уплотненного 4 осадков, а также трубопроводами отвода осветленного 5, уплотненного 6 и сброженного 7 осадков. Входное сечение трубопроводов отвода уплотненного 6 и сброженного 7 осадков перекрыто сетками 8. Для удаления газа предусмотрены патрубки 9, сообщающиеся с трубопроводом 10. В герметичном резервуаре 1 размещены коаксиальные перегородки 11, которые разделяют его на камеры внешнюю 12, уплотнения осадка 13 и внутреннюю камеру сбраживания 14. Трубопроводы подачи осадка 3, 4 установлены тангенциально к камерам уплотнения и сбраживания. В коаксиальных перегородках расположены окна 15 с установленными в них пакетами сеток 16. Окна 15 в коаксиальной перегородке 11, разделяющей внешнюю камеру 12 и камеру уплотнения осадка 13, размещены в ее нижней части 17 и их пакеты сеток 16 заполнены крупнозернистым материалом 18. Пакеты сеток 16 окон 15, расположенных в верхней части 19 коаксиальной перегородки 11, разделяющей камеру уплотнения осадка 13 и внутреннюю камеру сбраживания 14, заполнены мелкозернистым материалом 20. Камеры уплотнения 13 и сбраживания 14 осадка дополнительно содержат полимерные наполнители 21.
Устройство работает следующим образом.
Выделенный из сточных вод субстрат поступает по трубопроводу подачи 3 в камеру уплотнения осадка 13. Так как камеры уплотнения осадка 13 и внешняя камера 12 сообщены между собой посредством окон 15, пакеты сеток 16 которых заполнены крупнозернистым материалом 18, то жидкая фракция осадка проходит через слой зернистого материала 18 во внешнюю камеру 12. В результате более крупная фракция субстрата задерживается в камере уплотнения осадка 13. По мере заполнения внешней камеры 12 осветленный осадок удаляется через трубопровод отвода 5. После заполнения камеры уплотнения осадка 13, которое происходит в течение нескольких суток, осадок из нее удаляется по трубопроводу отвода 6 и далее направляется под напором к трубопроводу подачи 4 уплотненного осадка, а затем и во внутреннюю камеру сбраживания 14. Содержащиеся в камерах уплотнения 13 и сбраживания 14 полимерные пустотелые наполнители 21, имеющие малую плотность, плавают на поверхности осадка, предотвращая высыхание верхнего слоя, которое снижает жизнедеятельность метанобразующих бактерий, угнетая их дальнейшее размножение. В результате применения пустотелых наполнителей 21 сокращается необходимое количество перемешиваний, создающих одинаковые условия для жизнедеятельности бактерий по всему объему осадка, что в свою очередь снижает потребление электроэнергии. Более эффективное перемешивание субстрата достигается его подачей под напором по тангенциально установленным трубопроводам 3, 4, позволяющим закручивать направляемый осадок по принципу циклона, а присутствие наполнителя 21 приводит к дополнительному дроблению осадка, что способствует более полному в дальнейшем его разложению. Перемешивание осадка во внутренней камере сбраживания 14 происходит в результате его циркуляции при удалении по трубопроводу отвода 7 и последующему направлению под напором в камеру 14 по тангенциально расположенному трубопроводу подачи 4. При перекачивании уплотненного осадка из камеры 13 во внутреннюю камеру сбраживания 14, имеющую меньшее поперечное сечение по отношению к камере уплотнения 13, происходит заполнение на высоту, превышающую верхний уровень окон 15, расположенных в верхней части 19 коаксиальной перегородки 11. Так как пакеты сеток 16 окон 15 заполнены мелкозернистым материалом 20, то в течение первых суток через мелкозернистый материал 20 жидкая фракция сбраживаемого осадка, насыщенная метанобразующими микроорганизмами, постепенно поступает в камеру уплотнения осадка 13. Вносимые таким образом бактерии в камере уплотнения осадка 13 начинают интенсивно размножаться, что вызывает активную начальную стадию брожения уже в ходе процесса уплотнения, а в дальнейшем и более полное разложение осадка во внутренней камере 14. Образовавшийся в результате брожения газ отводится из герметичного резервуара 1 по патрубкам 9 и трубопроводу 10. По окончании процесса разложения осадка он выгружается из внутренней камеры 14 по трубопроводу отвода 7.
Тепловая изоляция 2 герметичного резервуара 1, разделение его емкости на три камеры и периодическое удаление осадка из внешней камеры 11 с замещением вновь образующимся осветленным осадком, имеющим более высокую температуру по отношению к окружающей среде в холодный период года, позволяет существенно сократить потери теплоты и тем самым создать оптимальные температурные условия для жизнедеятельности метанобразующих бактерий во внутренней камере сбраживания 14 без дополнительного потребления тепловой энергии. Поддержание требуемого температурного режима способствует более полному процессу разложения и максимальному выходу биогаза.
Источники информации
1. Патент 2462509, МКИ С12М 1/00, А01С 3/00, C02F 11/04.
2. Патент 1390198, МКИ C02F 11/04.