АНАЭРОБНЫЙ ФИЛЬТР С СИФОННЫМ ОТВОДОМ
ANAEROBIC FILTER WITH SIPHON OUTLET

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические отходы сельскохозяйственного производства, и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и коммунального хозяйства.
Известна установка для анаэробной очистки сточных вод [1]. Она состоит из резервуара с патрубком для ввода исходной жидкости, желоба для сбора очищенной воды, коллекторной системы для сбора и удаления газа из жидкости в виде нагнетательной трубы с колпаками, расположенными слоями по высоте резервуара, а также разделительной камеры, соединенной с нагнетательными трубами коллекторных систем.
Недостатком этой установки является то, что при обработке низкоконцентрированных сточных вод велика вероятность вымыва анаэробной биомассы из реактора, а также сложность в изготовлении и эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является конструкция метантенка [2], применяемая для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические вещества.
Корпус метантенка выполнен в виде вертикального цилиндрического сосуда. Нижняя и верхняя крышки сосуда представляют собой конус. Подача сточных вод осуществляется через патрубок, установленный в нижней части метантенка. Реакционная часть метантенка заполнена обрабатываемой сточной водой и инертным иммобилизатором - носителем анаэробной массы. Патрубок для отвода обрабатываемого стока и биогаза расположен в верхней части метантенка, коаксиально к оси цилиндра, причем нижний обрез патрубка расположен на уровне раздела газовой и жидкой сред, а верхний переходит в газожидкостную магистраль. Магистраль связывает между собой метантенк и камеру разделения сред, представляющую собой герметичный сосуд, в днище которого установлен патрубок для отвода обрабатываемого стока, а в крышке - патрубок отвода биогаза.
Недостатком указанной конструкции является недостаточная высота колебания уровня свободной поверхности сбраживаемой жидкости и, как следствие, неэффективное пеногашение.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы метантенка, в частности анаэробного фильтра, за счет интенсификации процесса анаэробного сбраживания сточных вод, отделения биогаза от сбраживаемой массы и обеспечения эффективного пеногашения в газовом объеме реактора.
Сущность изобретения заключается в том, что анаэробный фильтр дополнительно содержит сифонный отвод, состоящий из бака сифона и сифонного трубопровода, при этом сифонный отвод соединен с выходом анаэробного фильтра и верхний конец сифонного трубопровода расположен ниже верхней части иммобилизированного носителя. Применение сифонного отвода позволяет создавать циклические возмущения за счет изменения скорости движения сточных вод и колебания уровня свободной поверхности в реакторе. Эффективное пеногашение обеспечивается резкими циклическими колебаниями уровня свободной поверхности сбраживаемой жидкости, также этому способствует выступающая верхняя часть иммобилизатора, дополнительно разрушающая пенный слой.
На чертеже представлена схема анаэробного фильтра с сифонным отводом. Он состоит из реактора 1, представляющего собой вертикальный цилиндрический корпус, патрубков для подачи сточных вод 2 и отвода обработанной воды 6, насоса для подачи сточных вод 3, иммобилизированного носителя анаэробной биомассы 7, патрубка для отвода биогаза 10, гидравлического затвора 8, отводного патрубка для подачи биогаза потребителям 9, бака сифона 4 и сифонного трубопровода 5.
Разработанный анаэробный фильтр представляет собой вертикальный теплоизолированный реактор 1 с подводом животноводческих стоков в верхнюю часть. Внутри реактора расположен твердый носитель с развитой поверхностью 7, на которой прикрепляются микроорганизмы. Отвод обработанных сточных вод осуществляется с нижней части реактора. Отвод биогаза происходит через гидравлический затвор, что обеспечивает относительно постоянное давление. Он представляет собой емкость, заполненную водой, в которую погружен патрубок 10, выходящий из газового объема реактора. Величина давления срабатывания затвора зависит от высоты погружения патрубка 10. Изменяя эту высоту можно поддерживать заданное колебание давления в газовом объеме. В состав сифонного отвода входят бак 4 и трубопровод 5, верхний конец которого расположен чуть ниже верхней части иммобилизатора 7 в реакторе.
Цикл изменения давления и колебание уровня свободной поверхности протекает следующим образом. Сточные воды с постоянным расходом, который обеспечивается насосом 3, поступают в реактор 1 на обработку через патрубок 2. Сбраживание сточных вод происходит в рабочем объеме реактора, который заполнен иммобилизатором 7, и заключается в разложении органического вещества с выделением биогаза. Биогаз накапливается в газовом объеме реактора, а по патрубку 6 в бак 4 движется обработанный сток. В результате постоянного выделения биогаза давление в газовом объеме возрастет. При достижении давления величины, соответствующей глубине погружения патрубка 10, происходит отвод биогаза в корпус гидравлического затвора 8 и по патрубку 9 к потребителю. В то же время сточные воды, прошедшие процесс брожения, постоянно заполняют бак 4, до тех пор пока не достигнут верхней отметки уровня расположения сифонного трубопровода 5. Как только обработанный сток заполнит сифонный трубопровод 5, произойдет опорожнение бака 4. Причем расход сифонного отвода равен расходу жидкости через отводной патрубок 6 и намного больше, чем подача насоса 3. Так, опорожнение бака сифона вызовет изменение скорости движения сточных вод в реакторе. После опорожнения бака сифона скорость движения сточных вод в реакторе снизится до величины, обеспечиваемой подачей насоса 3. Затем цикл работы анаэробного фильтра с сифонным отводом повторится.
Резкие циклические изменения величины скорости движения сточных вод в реакторе способствуют обновлению граничных поверхностей сбраживаемой среды и анаэробной биомассы, а также отделению биогаза от сбраживаемой жидкости. Понижение уровня свободной поверхности сточных вод в реакторе, вследствие перетекания жидкости из рабочего объема реактора в опорожняемый бак сифонного отвода, снижает давление в газовой полости реактора, что вызовет залповое выделение биогаза, а циклические колебания уровня свободной поверхности сточных вод в реакторе за счет применения сифонного отвода позволят эффективно бороться с пенообразованием. Этому также будет способствовать выступающая верхняя часть иммобилизатора, дополнительно разрушающая пенный слой. Таким образом, применение сифонного отвода положительно влияет на интенсивность анаэробного сбраживания, создавая циклические возмущения за счет изменения скорости движения сточных вод и колебания уровня свободной поверхности в реакторе.
Предлагаемое изобретение простое в изготовлении и эксплуатации, позволяет повысить эффективность работы анаэробного фильтра и уменьшить пенообразование в реакторе.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1400501, C02F 3/28, 1984.
2. Патент РФ №2095321, C02F 3/22, 1997, - прототип.