АНАЭРОБНОЕ ОЧИСТНОЕ УСТРОЙСТВО С ПЕРЕМЕННЫМ СТОЛБОМ ВОДЫ
ANAEROBIC CLEANING DEVICE WITH VARIABLE WATER COLUMN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к анаэробному очистному устройству для очистки сточных вод с переменной высотой воды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Анаэробные очистные устройства, предназначенные для очистки текучих сред, таких как сточные воды, известны в данной области техники. В ЕР 170332 В1 описано анаэробное очистное устройство, в котором сточные воды, содержащие органический материал, подвергают обработке, в ходе которой растворенный органический материал разрушается в анаэробных условиях. Текучая среда поступает в бак реактора очистного устройства. Когда текучая среда с растворенными веществами вступает в контакт с биомассой, находящейся в баке, образуется газ, более конкретно, метан. Организуется цикл циркуляции текучей среды, в котором текучая среда вместе с образовавшимся газом увлекается вверх по восходящей трубе, достигает дегазирующего устройства, расположенного над реактором, в котором газ отделяется от текучей среды и выводится из устройства, тогда как текучая среда стекает на дно реактора для использования в следующем цикле. Однако, когда текущая вверх вода и поднимающиеся пузырьки газа взбалтывают хлопья и частицы биомассы, возможны колебания режима. Возможно возникновение турбулентности, которая может привести к вымыванию слишком большого количества биомассы из реактора, значительно ограничивая норму загрузки реактора. Принимаемой против этого в ЕР 170332 мерой является создание реактора со множеством газосборных систем на разной высоте реактора для того, чтобы основная нагрузка не приходилась на самую верхнюю газосборную систему.
[0003] В патенте ЕР 1888471 В1 указано, что для подъема воды из нижнего отделения реактора в верхнее отделение необходима определенная высота Н3. Эта высота представляет собой высоту водяного столба, расположенного над точкой внутри спускной трубы, находящейся на той же высоте, что и уровень воды вне спускной трубы, но внутри бака. Вода поднимается образующимся газом. Чем больше величина Н3, тем больше газа нужно для подъема воды. С другой стороны, чем меньше величина Н3, тем меньше газа нужно для подъема воды.
[0004] Величина Н3 имеет и второе значение: она определяет потенциальную энергию воды в дегазирующем устройстве и, таким образом, величину гравитационной силы, которая выталкивает воду из дегазирующего устройства в нижнее отделение реактора. Если величина Н3 слишком мала, водяной столб, который должен течь вниз, не обладает достаточной силой (гидростатическим напором) для преодоления сопротивления в нижнем отделении реактора. В результате, уровень воды в дегазирующем устройстве, расположенном над реактором, будет увеличиваться, и вода может переливаться. Это ведет к работе с перебоями. Следовательно, требуется минимальная величина Н3, как описано в ЕР 1888471 В1.
[0005] В некоторых аспектах конструкция, предложенная в ЕР 1888471 В1, нуждается в улучшении. Во-первых, концентрация загрязнителей в сточных водах не одинакова для всех вариантов применения. Это означает, что в сточных водах с низкой концентрацией образуется мало газа, следовательно, рециркулируется мало воды. С другой стороны, в сточных водах с высокой концентрацией образуется большое количество газа, и рециркулируется большое количество воды. Оператор не может воздействовать на это явление. Во-вторых, сопротивление воды, текущей вниз в нижнее отделение реактора, не является постоянной величиной, может изменяться во времени и различается для разных типов вариантов применения. Причина, главным образом, заключается в том, что это сопротивление вызвано взвешенным слоем осадка. Взвешенный слой осадка может быть очень плотным (высокое сопротивление) или более текучим. Оператор также не может воздействовать на это явление. В-третьих, когда величина Н3 увеличивается, в поднимаемой воде появляется тенденция к резким толчкам, вызывающим сильные удары/вибрацию и неравномерность потока.
[0006] В US 2013/319935 А1 описано анаэробное очистное устройство для очистки сточных вод, содержащее сепаратор, выполненный с возможностью разделения смеси осадка, воды и газа и расположенный в верхней части устройства, при этом сепаратор содержит циклон, уровень текучей среды в реакторе постоянный, и при этом внутреннюю циркуляцию регулируют посредством внутреннего контейнера, используемого в качестве переливной трубы.
[0007] Следовательно, имеется потребность в анаэробном очистном устройстве, которое может быть адаптировано к разным концентрациям растворенного органического углерода (COD) и к разному сопротивлению взвешенного слоя осадка.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Одной из целей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного анаэробного очистного устройства, в котором учитывается по меньшей мере один из указанных выше аспектов, требующих улучшения. Это реализовано посредством возможности изменять разность высот воды между уровнем воды в реакторе и уровнем, на который вода поднимается в дегазирующее устройство реактора. Благодаря такому изменению становится возможной работа в более широком спектре величин потока газа и, при этом поддержание оптимального внутреннего потока рециркуляции.
[0009] Объем биогаза, образующегося в единицу времени, является функцией концентрации органического загрязнителя, растворенного органического углерода (COD) в сточных водах. Чем выше концентрация загрязнителя, тем больше образуется газа, когда вода вступает в контакт с биомассой в реакторе, и больше текучей среды поднимается вверх и рециркулируется вниз вследствие внутренней рециркуляции. Если величина Н3 постоянна, отношение рециркулируемой текучей среды к газу также постоянно, если считать постоянным сопротивление текучей среды, текущей вниз, в нижнее отделение (во взвешенный слой осадка).
[0010] Авторами изобретения обнаружено, что поставленные выше задачи могут быть решены, если величина Н3 может быть изменена в некотором диапазоне оператором в зависимости от типа реализуемого варианта применения: высокой или низкой концентрации COD в сточных водах, плотного или текучего взвешенного слоя осадка.
[0011] Изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство для очистки сточных вод, при этом, анаэробное очистное устройство содержит:
- бак реактора, выполненный с возможностью, в ходе работы, размещения взвешенного слоя осадка, образующегося в нижней части;
- впуск текучей среды для подачи, в ходе работы, втекающего потока в бак реактора;
- по меньшей мере одну газосборную систему;
- по меньшей мере одно устройство разделения газа и жидкости;
- по меньшей мере одну восходящую трубу, соединенную по меньшей мере с одной газосборной системой и выходящую в устройство разделения газа и жидкости;
- спускную трубу, соединенную с устройством разделения газа и жидкости и выходящую в дно бака реактора; и
- выпуск текучей среды, соединенный со средством регулирования уровня текучей среды с целью изменения высоты уровня текучей среды в баке реактора в заданном диапазоне;
при этом, средство регулирования уровня текучей среды содержит:
гидравлический клапан (15), выполненный с возможностью регулирования высоты текучей среды в баке реактора в заданном диапазоне,
датчик (17) уровня текучей среды,
анемометр (33), выполненный с возможностью измерения скорости образования газа в анаэробном очистном устройстве, и
блок управления, выполненный с возможностью управления гидравлическим клапаном (15) с целью изменения высоты уровня текучей среды в баке (10) реактора на основании по меньшей мере одного из параметров: уровня текучей среды, определенного датчиком (17) уровня текучей среды и скорости образования газа, определенной анемометром (33).
[0012] Впуск текучей среды может находиться в нижней секции (например, в нижней половине или в нижней четверти) бака реактора. Выпуск текучей среды может находиться в верхней секции (например, в верхней половине или верхней четвери) бака реактора.
[0013] Изобретением обеспечивается преимущество, заключающееся в возможности в рабочих условиях изменять уровень текучей среды с целью изменения величины Н3. Этот уровень может быть изменен путем выпуска регулируемого количества воды из верхней секции реактора через выпуск текучей среды.
[0014] В нижеследующем описании термины «бак реактора», «реактор» и «бак» могут быть использованы взаимозаменяемо.
[0015] В одном из вариантов осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором выпуск текучей среды соединен с баком реактора на высоте, равной или находящейся ниже нижней границы заданного диапазона, то есть, на заданной высоте так, что нижняя граница заданного диапазона находится выше заданной высоты.
[0016] Таким образом, гарантируется, что выпуск текучей среды обеспечивает отток текучей среды из реактора до тех пор, пока уровень текучей среды не достигнет минимума заданного диапазона, и что текучая среда может покидать реактор, естественным образом стекая вниз, без необходимости применения насоса или другого подъемного устройства.
[0017] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, дополнительно содержащее переливную трубу, расположенную в баке реактора на высоте, равной или находящейся выше верхней границы заданного диапазона.
[0018] Переливная труба в форме сточного желоба или система труб наподобие вытяжной системы может быть расположена в верхней части бака реактора с целью сбора очищенной текучей среды, которая не вышла из реактора через выпуск текучей среды, и которая достигает верха бака реактора.
[0019] В одном из вариантов осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором средство управления уровнем текучей среды содержит гидравлический клапан, выполненный с возможностью управления высотой текучей среды в баке реактора в заданном диапазоне.
[0020] В одном из вариантов осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором средство управления уровнем текучей среды содержит датчик уровня текучей среды, и в котором высоту уровня текучей среды в баке реактора изменяют на основании измеренного уровня текучей среды.
[0021] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором средство управления уровнем текучей среды дополнительно содержит анемометр, выполненный с возможностью измерения скорости образования газа в анаэробном очистном устройстве, и в котором высоту уровня текучей среды в баке реактора изменяют на основании измеренной скорости образования газа.
[0022] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором средство управления уровнем текучей среды содержит блок управления, выполненный с возможностью управления гидравлическим клапаном на основании уровня текучей среды, определенного датчиком уровня текучей среды, и скорости образования газа, определенной анемометром.
[0023] Концентрация COD в текучей среде, такой как сточные воды, обуславливает теоретическое количество биогаза, образующегося на единицу объема текучей среды. Величина концентрации COD является характерной для каждого варианта применения, известна для каждого варианта применения и обычно существенно не колеблется.
[0024] На основании известной теоретической величины концентрации COD, изобретением обеспечивается механизм задания уровня текучей среды в реакторе равным определенной величине, начальной величине, при запуске или приведении реактора в действие. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, для этой величины COD устанавливают определенный уровень текучей среды. Уровень текучей среды внутри бака может быть измерен датчиком уровня текучей среды, который может находиться у дна бака реактора, и на основании этого измерения гидравлический клапан, соединенный с датчиком уровня текучей среды, может регулировать уровень текучей среды так, чтобы он достигал установленной величины.
[0025] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, абсолютное количество биогаза, образующегося в системе, может быть использовано для изменения уровня текучей среды с целью его регулирования в соответствии с надлежащим уровнем, при котором происходит более эффективная рециркуляция жидкости. Стартовую величину уровня текучей среды определяют заранее, этот уровень затем может быть автоматически изменен в ходе работы очистного устройства на основании измеренной скорости образования газа.
[0026] Термины «газ» и «биогаз» во всем последующем описании могут использоваться взаимозаменяемо.
[0027] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором анемометр выполнен с возможностью измерения скорости образования газа в устройстве разделения газа и жидкости. В другом варианте осуществления изобретения, анемометр выполнен с возможностью измерения скорости образования газа в баке реактора.
[0028] Газ, образовавшийся в очистном устройстве, достигает устройства разделения газа и жидкости, из которого отводится из системы. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, анемометр выполнен с возможностью измерения скорости образования газа, выходящего из устройства разделения газа и жидкости, с целью обеспечения точности измерения.
[0029] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором, если измеренная скорость образования газа выше заданной величины, гидравлический клапан выполнен с возможностью обеспечения стока текучей среды из бака через выпуск текучей среды, тем самым, снижая уровень текучей среды в баке.
[0030] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором, если измеренная скорость образования газа меньше заданной величины, гидравлический клапан выполнен с возможностью прекращения стока текучей среды из бака через выпуск текучей среды, тем самым, повышая уровень текучей среды в баке.
[0031] Чем больше скорость образования газа, тем сильнее газлифтный эффект. Это означает, что газом может быть поднято больше воды, и больше воды будет циркулировать в реакторе. Интенсивная циркуляция может вызывать слишком сильную турбулентность и удары. Чтобы избежать интенсивной циркуляции, уровень воды может быть понижен. При более низком уровне воды требуется преодолеть большее гидростатическое давление, и в циркуляции участвует меньше воды. Когда меньшее количество воды поднимется в устройство разделения газа и жидкости, которое расположено на относительно более высоком уровне воды по сравнению с уровнем внутри реакторе, оно обладает достаточной гравитационной силой для того, чтобы стекать вниз, на дно реактора и смешиваться со втекающей водой внутри взвешенного слоя осадка.
[0032] Напротив, при образовании меньшего количества газа газлифтный эффект слабее, подъем газа замедляется и, возможно, останавливается, вызывая риск недостаточной циркуляции текучей среды. Чтобы этого не произошло, нужен более высокий уровень текучей среды, обеспечивающий более короткую траекторию для газа и текучей среды, увлекаемой газом, когда они поднимаются вверх, создавая условия для циркуляции большего количества жидкости. Таким образом, благодаря настоящему изобретению, механизм очистки адаптируется к разным скоростям образования газа в очистном устройстве таким образом, что циркуляция текучей среды не затрагивается. Допустимы значительные колебания количества газа без помех для циркуляции текучей среды.
[0033] Благодаря возможности оттока текучей среды из бака, когда скорость образования газа выше заданной величины, уровень текучей среды понижается, следовательно, удлиняется траектория движения газа и текучей среды в транспортной системе, и уменьшается турбулентность, так как обогащенная газом текучая среда должна преодолеть большее гидростатическое давление.
[0034] Благодаря прекращению оттока текучей среды из бака, когда скорость образования биогаза меньше заданной величины, поддерживается высокий уровень текучей среды, следовательно, траектория газа и текучей среды в транспортной системе короче, и может иметь место достаточная рециркуляция.
[0035] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, дополнительно содержащее по меньшей мере одно устройство сбора текучей среды, расположенное внутри бака реактора на некоторой высоте ниже минимального уровня текучей среды заданного диапазона, при этом по меньшей мере одно устройство сбора текучей среды выполнено с возможностью сбора текучей среды и ее транспортировки в выпуск текучей среды.
[0036] Устройство сбора текучей среды может содержать по меньшей мере один канал, в который втекает текучая среда в верхней части бака реактора и направляется в выпуск текучей среды, откуда выводится из системы.
[0037] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором бак реактора содержит по меньшей мере две газосборных системы, из которых по меньшей мере одна газосборная система является нижней газосборной системой, а верхняя газосборная система расположена ниже уровня текучей среды и выше нижней газосборной системы, выполнены с возможностью удаления газа из текучей среды, содержащейся в баке.
[0038] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором восходящая труба выполнена с возможностью подъема текучей среды, содержащейся в баке реактора, под действием газлифтного эффекта, создаваемого газом, собранным по меньшей мере в одной газосборной системе.
[0039] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором спускная труба выполнена с возможностью возврата текучей среды из устройства разделения газа и жидкости на дно бака реактора.
[0040] В другом варианте осуществления изобретением обеспечивается анаэробное очистное устройство, в котором устройство разделения газа и жидкости содержит выпуск газа, выполненный с возможностью отвода из системы газа, достигающего устройства разделения газа и жидкости.
[0041] Кроме этого, изобретением обеспечивается способ очистки текучей среды, такой как сточные воды, путем использования анаэробного очистного устройства.
[0042] Улучшение работы и повышение эффективности системы в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается за счет того, что уровень текучей среды адаптируется к количеству газа, образующегося на кубический метр подлежащей очистке текучей среды, тем самым, регулируется количество циркулирующей текучей среды и предотвращается как слишком слабая рециркуляция, так и нежелательные флуктуации или аварийный перелив при рециркуляции текучей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0043] На прилагаемых чертежах
- на фиг. 1 схематично показано анаэробное очистное устройство, соответствующее одному из вариантов осуществления изобретения,
- на фиг. 2 схематично показано анаэробное очистное устройство, соответствующее одному из вариантов осуществления изобретения,
- на фиг. 3 представлена схема потока текучей среды в анаэробном очистном устройстве в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения,
- на фиг. 4 показана верхняя часть бака реактора анаэробного очистного устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0044] На фиг. 1 схематично показано анаэробное очистное устройство, соответствующее одному из вариантов осуществления изобретения.
[0045] Анаэробное очистное устройство фиг. 1 содержит три части: бак 10 реактора, транспортную систему 20 и устройство 30 разделения газа и жидкости. В баке реактора имеется впуск 12 текучей среды, через который подлежащая очистке текучая среда, например, сточные воды, поступает в анаэробное очистное устройство при рабочих условиях. Эта текучая среда содержит органический материал с определенным уровнем COD (растворенный органический углерод, измеряется как химическая потребность в кислороде (chemical oxygen demand - COD)), другими словами, определенное количество примесей. По мере того, как текучая среда проходит через бак реактора, уровень COD снижается благодаря превращению в биогаз под действием биомассы, содержащейся в баке реактора.
[0046] Когда в процессе работы текучая среда поступает в бак через впуск 12 текучей среды, растворенные в текучей среде примеси вступают в контакт с биомассой, содержащейся в баке реактора, и образуется метан. По пути вверх текучая среда проходит через множество газосборных систем, каждая из которых содержит множество колпаков, в которых задерживается газ. В показанном на фиг. 1 варианте осуществления изобретения имеется две газосборных системы, однако, изобретение этим не ограничивается.
[0047] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, нижняя газосборная система 13 собирает газ, имеющийся в текучей среде, которая поднимается через бак реактора; нижняя газосборная система 13 направляет задержанный газ в транспортную систему 20. Более конкретно, нижняя газосборная система направляет газ в восходящую трубу 22, по которой газ поднимается, пока не достигнет устройства 30 разделения газа и жидкости. Этот газ содержит текучую среду, и в устройстве 30 разделения газа и жидкости происходит отделение газа от текучей среды, газ выводится через выпуск 32 газа, а текучая среда возвращается на дно бака реактора по спускной трубе 24. Таким образом, эта текучая среда может быть рециркулирована и снова использована в цикле очистки.
[0048] Текучая среда, которая поднимается по баку 10 реактора, достигает верхней газосборной системы 14, где собирается газ, не уловленный в нижней газосборной системе 13. Здесь, хотя это не показано на чертежах, газ может быть направлен, например, через дополнительную трубу непосредственно в выпуск 32 газа или, если устройство 30 разделения газа и жидкости расположено внутри бака 10 реактора, газ может подняться до верхней части бака реактора и оттуда выйти через выпуск 32 газа. Чистая текучая среда в баке 10 реактора достигает уровня, на котором расположен выпуск 16 текучей среды, через который чистая текучая среда, поднявшаяся через бак, может быть выведена из анаэробного очистного устройства. Выпуск 16 текучей среды находится в реакторе на высоте, равной или находящейся ниже минимального допустимого уровня текучей среды. На некоторой высоте над выпуском 16 текучей среды в переливную трубу 18 собирается чистая текучая среда, миновавшая выпуск текучей среды, и выводится из анаэробного очистного устройства. Предпочтительно, переливная труба находится на высоте, равной или расположенной выше максимального допустимого уровня текучей среды, и представляет собой защитный механизм, предотвращающий достижение текучей средой уровня, превышающего максимально допустимый.
[0049] Уровнем текучей среды внутри бака реактора можно управлять в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Разным уровням текучей среды в баке реактора соответствует разный гидростатический напор столба текучей среды в спускной трубе. Если производится измерение количества газа, образующегося в системе, уровень текучей среды может быть приведен в соответствие с измеренной величиной, следовательно, текучая среда может беспрепятственно циркулировать независимо от того, больше или меньше газа образуется в системе.
[0050] В верхней части реактора требуется спокойное течение, однако у дна реактора требуется достаточное перемешивание текучей среды и осадка. Поскольку большая часть газа улавливается в нижней газосборной системе 13, количество газа, который продолжает подниматься через реактор, невелико. Затем этот газ улавливается верхней газосборной системой 14, следовательно, таким образом достигается спокойное течение в верхней части реактора. Для обеспечения достаточного перемешивания текучей среды и осадка на дне реактора, может быть использована энергия, полученная благодаря газлифному подъему текучей среды в восходящей трубе 22. Поднятую текучую среду отделяют от газа в устройстве 30 разделения газа и жидкости, и под действием гидравлического гравитационного давления она возвращается на дно реактора через спускную трубу 24.
[0051] Поскольку газ поднимает текучую среду значительно выше уровня текучей среды, так что она достигает устройства 30 разделения газа и жидкости, столб текучей среды в спускной трубе 24 обеспечивает мощный поток, обуславливающий дополнительное перемешивание на дне реактора. Таким образом, в верхней части реактора достигается спокойный режим, а на дне - энергичное перемешивание.
[0052] Однако, скорость образования газа отличается для разных вариантов применения. Скорость образования газа в очистном устройстве может быть измерена, и уровень текучей среды в баке может быть соответственно изменен с целью достижения спокойного потока в верхней части бака и энергичного перемешивания – на дне независимо от количества образовавшегося газа. Чем выше скорость образования газа, тем сильнее возникающий газлифтный эффект, и тем более мощный поток текучей среды стекает по спускной трубе 24. Если измеренная скорость образования газа выше определенной величины, уровень текучей среды может быть понижен путем выпуска текучей среды из верхней части бака через выпуск 16 текучей среды. Тогда в транспортной системе газ и текучая среда испытывают большее гравитационное сопротивление, так как в восходящей трубе 22 газ и текучая среда должны преодолеть более высокое гидростатическое давление, следовательно, предотвращается слишком интенсивный поток. С другой стороны, если измеренная в транспортной системе скорость образования биогаза ниже определенной величины, уровень текучей среды может быть увеличен путем впуска текучей среды обычным образом через впуск 12 текучей среды и прекращения стока текучей среды из верхней части бака через выпуск 16 текучей среды. Более высокий уровень текучей среды означает, в транспортной системе газ и текучая среда испытывают меньшее гравитационное сопротивление, следовательно, обеспечивается достаточная циркуляция. Процесс регулирования уровня текучей среды будет пояснен более подробно со ссылкой на последующие фигуры. Таким образом, уровень текучей среды приводится в соответствие с количеством биогаза, образующимся в системе, и предотвращаются ситуации, когда слишком большое количество газа в системе становится причиной флуктуаций при высоком уровне текучей среды, или когда из-за слишком малого количества газа в системе снижается подъемная сила, и становится невозможной нормальная циркуляция текучей среды.
[0053] Хотя изменение уровня текучей среды основано на измеренной скорости образования биогаза, если сопротивление взвешенного слоя осадка слишком большое, и рециркулируемая текучая среда больше не течет вниз, уровень воды в реакторе также может быть уменьшен. Благодаря этому гидростатический напор увеличивают настолько, что хотя рециркулируется меньше текучей среды, рециркулируемая текучая среда обладает достаточным гидростатическим напором для преодоления сопротивления взвешенного слоя осадка.
[0054] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, бак реактора может представлять собой замкнутое пространство, и устройство разделения газа и жидкости также может быть заключено в этом замкнутом пространстве.
[0055] На фиг. 2 схематично показано анаэробное очистное устройство, соответствующее одному из вариантов осуществления изобретения.
[0056] На фиг. 2 показан вариант осуществления настоящего изобретения, в котором уровень 19 текучей среды соответствует максимальной величине заданного диапазона, определяющей минимальную высоту Н3. При минимальной высоте Н3 в спускной трубе 22 создается минимальный гидростатический напор, следовательно, она подходит для низких скоростей образования газа, при этом, газ и текучая среда поднимаются по короткой траектории, следовательно, они могут достигать устройства разделения газа и жидкости с достаточной энергией, которая позволит текучей среде спуститься в нижнее отделение. Следовательно, такой уровень 19 текучей среды является желательным для тех вариантов применения, в которых образуется небольшое количество газа. С другой стороны, на фиг. 1 показан уровень 19 текучей среды, который соответствует минимальной величине заданного диапазона, определяющей максимальную высоту Н3. При максимальной величине Н3 смесь воды и газа при подъеме в устройство 30 разделения газа и жидкости испытывает максимальное гравитационное сопротивление, следовательно, эта высота подходит для высоких скоростей образования газа, при которых газ и текучая среда обладают достаточной энергией, следовательно, требуется более длинная траектория движения смеси газа и текучей среды до устройства разделения газа и жидкости, чтобы исключить нежелательные флуктуации. Такой уровень 19 текучей среды желателен для вариантов применения, в которых образуется большое количество газа.
[0057] На фиг. 3 представлена схема потока текучей среды в анаэробном очистном устройстве в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
[0058] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, текучая среда, такая как сточные воды, поступает в бак через впуск 12 текучей среды. Текучая среда поднимается по баку и достигает нижней газосборной системы 13. В нижней газосборной системе газ отделяется от текучей среды и задерживается, а текучая среда продолжает подниматься по баку и достигает верхней газосборной системы 14. Здесь задерживается оставшийся газ, чистая текучая среда поднимается и выходит из бака через выпуск 16 текучей среды, расположенный в верхней части бака 10. Если скорость, с которой поднимается уровень 19 текучей среды, больше скорости, с которой текучая среда может выходить из устройства через выпуск 16 текучей среды, текучая среда, неспособная выйти из устройства через выпуск текучей среды, может поступать в переливную трубу в форме сточного желоба, расположенную в верхней части бака 10, которая представляет собой защитный механизм, предотвращающий достижение текучей средой уровня, превышающего максимально допустимый.
[0059] Газ, задержанный в нижней газосборной системе 13, содержащий частицы текучей среды, поднимается по восходящей трубе 22 до тех пор, пока не достигнет устройства 30 разделения газа и жидкости. Здесь газ отделяется от текучей среды, газ может быть отведен из системы через выпуск 32 газа, тогда как текучая среда может стекать на дно реактора по спускной трубе 24, быть рециркулированной и использоваться далее в процессе очистки. Газ, задержанный в верхней газосборной системе 14, может быть непосредственно направлен в выпуск 32 газа, либо может подниматься и достигать свободного пространства в верхней части реактора, если устройство разделения газа и жидкости заключено внутри бака реактора, и оттуда выходить через выпуск 32 газа.
[0060] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, определяют начальный уровень 19 текучей среды. В зависимости от типа варианта применения, для которого нужно очистить текучую среду, текучая среда, которая поступает в очистное устройство, может характеризоваться разной концентрацией CОD. Концентрация CОD в текучей среде, поступающей в реактор, обуславливает количество биогаза, который образуется в системе на единицу объема текучей среды. После запуска или налаживания режима очистного устройства для конкретного варианта применения, уровень 19 текучей среды в реакторе может быть установлен равным определенной величине на основании теоретической величины концентрации COD. Посредством датчика 17 уровня текучей среды может быть измерен уровень 19 текучей среды в баке, и на основании результата этого измерения клапан 15 текучей среды, соединенный с датчиком 17 уровня текучей среды, может производить регулирование уровня текучей среды до достижения определенной величины. Датчик 17 уровня текучей среды может производить измерение уровня текучей среды на дне реактора 10. Однако, датчик 17 уровня текучей среды также может быть размещен в другом месте. В одном из вариантов осуществления изобретения датчик уровня текучей среды содержит датчик давления.
[0061] Однако, хотя реальная величина концентрации COD обычно сильно не отклоняется от теоретической величины, она может немного изменяться, и уровень 19 текучей среды также может быть изменен соответствующим образом с целью обеспечения более эффективного процесса рециркуляции. Абсолютное количество биогаза, образовавшееся в системе, может быть использовано для изменения уровня 19 текучей среды. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, анемометр 33, соединенный с датчиком 17 уровня текучей среды, может проводить измерение скорости образования биогаза в системе. На основании скорости образования биогаза в системе, блок управления или процессорный элемент, соединенный с датчиком уровня текучей среды, анемометром и клапаном 15 текучей среды, может определять, является ли необходимым увеличение или уменьшение уровня 19 текучей среды в баке реактора, и, в результате, может активировать клапан 15 текучей среды с целью регулирования соответствующим образом уровня текучей среды.
[0062] Таким образом, изобретением обеспечивается механизм, в соответствии с которым стартовый уровень 19 текучей среды определяют заранее, а тонкая настройка может производиться непрерывно путем измерения уровня текучей среды в зависимости от концентрации COD в текучей среде.
[0063] Скорость образования газа обуславливает уровень 19 текучей среды в реакторе 10. Оптимальный для конкретной скорости образования газа уровень текучей среды может быть рассчитан заранее и храниться в блоке управления или процессорном элементе, соединенном с очистным устройством или составляющим его часть, соединенным с клапаном 15 текучей среды, датчиком 17 уровня текучей среды и анемометром 33. Если количество образующегося газа меньше определенной величины, уровень 19 текучей среды может быть увеличен с тем, чтобы траектория смеси газа и текучей среды была достаточно короткой, и обеспечивалось достаточное для циркуляции текучей среды количество энергии. Это может быть выполнено путем закрытия клапана 15 и прекращения оттока текучей среды из бака через выпуск 16 текучей среды, вследствие чего уровень 19 текучей среды поднимется, так как текучая среда обычным образом поступает в реактор через впуск 12 текучей среды.
[0064] С другой стороны, если количество газа больше определенной величины, обеспечивают возможность снижения уровня 19 текучей среды с тем, чтобы траектория движения смеси газа и текучей среды была достаточно длинной для того, чтобы обладающая большой энергией смесь достигала устройства разделения газа и жидкости, не вызывая нежелательных флуктуаций. Клапан 15 текучей среды обеспечивает регулирование количества текучей среды, выходящей из бака через выпуск 16 текучей среды. В соответствии с изобретением, уровень текучей среды может быть изменен в заданном диапазоне, благодаря чему гарантируется, что даже в экстремальных ситуациях максимального или минимального уровня текучей среды текучая среда будет обладать достаточной для рециркуляции энергией. Благодаря приведению уровня текучей среды в соответствии с количеством газа, образующимся в системе, поток текучей среды в контуре рециркуляции не подвергается влиянию, исключаются колебания или дефицит энергии, так как уровень текучей среды постоянно адаптируется к скорости образования газа.
[0065] На фиг. 3 анемометр 33 показан расположенным в верхней части очистного устройства с целью измерения количества газа, выходящего из системы через выпуск 32 газа устройства разделения газа и жидкости. Однако, следует отметить, что изобретение не ограничивается этим вариантом расположения, также возможны другие варианты расположения.
[0066] На фиг. 4 показана верхняя часть бака реактора анаэробного очистного устройства, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения.
[0067] Когда уровень 19 текучей среды в баке может быть снижен, чтобы текучая среда из верхней части бака 10 выходила из бака через выпуск 16 текучей среды, текучую среду в верхней части бака собирают посредством по меньшей мере одного устройства 11 сбора текучей среды. Это устройство сбора текучей среды может содержать по меньшей мере один канал, в который поступает текучая среда в верхней части бака 10. В одном из вариантов осуществления изобретения используется множество каналов, однако, изобретение этим не ограничивается. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, используют от двух до десяти каналов, предпочтительно, от четырех до шести.
[0068] Устройство 11 сбора текучей среды расположено в баке 10 реактора на некоторой высоте над верхней газосборной системой 14 и ниже минимального уровня 19 текучей среды так, что текучая среда может естественным образом втекать в устройство сбора текучей среды с целью выведения из реактора через выпуск 16 текучей среды.
[0069] Анаэробное очистное устройство, соответствующее вариантам осуществления настоящего изобретения, позволяет проводить тонкую регулировку параметров системы путем приведения уровня 19 текучей среды в соответствие с количеством образующегося в системе газа в пределах заданного диапазона, определяемого ΔН, при этом, предварительная регулировка параметров системы может быть осуществлена путем выбора конкретных параметров при производстве анаэробного очистного устройства или при запуске анаэробного очистного устройства.
[0070] В предшествующем описании фигур изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Однако, очевидно, что возможны разнообразные модификации и изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, определяемого формулой изобретения.
[0071] В частности, возможны сочетания конкретных отличительных особенностей различных аспектов изобретения. Один аспект изобретения может быть дополнительно усовершенствован путем добавления отличительной особенности, которая была описана в отношении другого аспекта изобретения.
[0072] Следует понимать, что изобретение ограничивается только прилагаемой формулой изобретения и ее техническими эквивалентами. В данном документе и в формуле изобретения глагол «содержать» и его формы используются в неограничительном смысле и означают включение элементов, следующих за этим словом, не исключая элементов, специально не указанных. Кроме того, ссылка на элемент с использованием неопределенного артикля «а» или «an» не исключает возможности присутствия более одного элемента, если контекст явно не указывает на то, что имеется один и только один элемент. Неопределенный артикль «а» или «an» обычно означает «по меньшей мере, один».
Список позиций на чертежах
Одинаковые номера позиций, использованные в описании для обозначения одинаковых элементов (с отличием только в сотнях), не включены в приведенный ниже перечень, однако, должны рассматриваться как включенные косвенным образом.
10 Бак реактора
11 Устройство сбора текучей среды
12 Впуск текучей среды
13 Нижняя газосборная система
14 Верхняя газосборная система
15 Гидравлический клапан
16 Выпуск текучей среды
17 Датчик уровня текучей среды
18 Переливная труба
19 Уровень текучей среды
20 Транспортная система
21 Впуск восходящей трубы
22 Восходящая труба
24 Спускная труба
25 Выпуск спускной трубы
30 Устройство разделения газа и жидкости
31 Выпуск восходящей трубы
32 Выпуск газа
33 Анемометр
35 Впуск спускной трубы
Н1 Максимальная высота столба текучей среды
Н2 Минимальная высота столба текучей среды
Н3 Высота столба воды
ΔН Заданный диапазон изменения уровня воды.