Способ анаэробного сбраживания органических отходов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к переработке органических отходов, может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями в процессе анаэробного сбраживания и позволяет повысить эффективность процесса и увеличить удельный выход биогаза. Органические отходы циркулируют через биофильтр с загрузкой, сброженные отходы отводят, биогаз отделяют и часть его используют в системе циркуляции отходов. В качестве загрузки используют стержни кукурузных початков в количестве 5.0-7,5% от, объема сбраживаемых отходов. Замену загрузки осуществляют в процессе сбраживания через каждые 50-60 сут. Устройство для анаэробного сбраживания органических отходов содержит герметичный корпус реактора , систему перемешивания отходов биогазом, загрузку и технологические трубопроводы . Для повышения, эффективности анаэробного сбраживания отходов и степени их очистки оно снабжено контейнерами для размещения загрузки, проницаемыми для отходов, а также гидравлическими затворами для ввода контейнеров в корпус реактора, при этом верхняя часть гидравлических затворов герметично присоединена к верхней части корпуса, а нижняя заглублена под уровень отходов. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.,2 ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИН Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 02 F 3/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ф 54@5 У, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ИЫОЮЗИАЯ

Мф ДД11.,"Йг. ." :

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4703523/26 (22) 08.06.89 (46) 23.04,92. Бюл, N. 15 (71) Запорожское научно-производственное объединение по созданию и производству машин для подготовки органических удобрений (72) В.К.Macaw и В.Н.Павличенко (53) 663.633 (088.8) (56) Европейскмй патент tk 0105788, кл. С 02 F 3/28. 1984. (54) СПОСОБ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к переработке органических отходов, может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями в процессе анаэробного сбраживания и позволяет повысить эффективность процесса и увеличить удельный выход биогаэа. Органические отходы циркулируют через биофильтр с загрузкой, сброженные

Изобретение касается анаэробного сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий. и в коммунальном хозяйстве.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса анаэробного сбраживания органических отходов и увеличение удельного выхода биогаза.

Эффективность процесса анаэробного сбраживания органических. отходов (биометаногенеэа) зависит от ряда. биохимических, технологических и конструктивных факто. ров, главными из которых являются качественный и количественный состав Ы 1 728134 А1 отходы отводят, биогаз отделяют и часть его используют в системе циркуляции отходов.

В качестве загрузки используют стержни кукурузных початков в количестве 5.0 — 7,5% от» объема сбраживаемых отходов. Замену загрузки осуществляют в процессе сбраживания через каждые 50 — 60 сут. Устройство для анаэробного сбраживания органических отходов содержит герметичный корпус реактора, систему перемешивания отходов биогазом, загрузку и технологические трубопроводы. Для повышения эффективности анаэробного сбраживания отходов и степени их очистки оно снабжено контейнерами для размещения загрузки, проницаемыми для отходов, а также гидравлическими затворами для ввода контейнеров в корпус реактора, при этом верхняя. часть гидравлических затворов герметично присоединена к верхней части корпуса, а нижняя заглчблена под уровень отходов. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.,2 ил.

"4 метаноген ной ассоциации микроорганизмов. В проточном режиме загрузки доза Ю вносимого исходного материала и эффективность процесса определяются ие только (д) обьемом поступающих органических ве- фь, щвств, но.и количеством активных метаногенов, находящихся -во взвешенном состоянии в биомассе и удаляемых из реактора при очередных загрузках-выгрузках материала.

Для стабильной и эффективной работы установки аназробного сбраживания органических отходов необходимо создать условия постоянства концентрации работающей ассоциации микроорганизмов.. Это достигается введением в реактор фильтра (загруз1728134 ки) для фиксации на его поверхности колоний микроорганизмов, активность которых в фиксированном состоянии выше, чем во взвешенном. В качестве загрузки применяются неорганические материалы (полимеры, ткани, керамэит и др.). Существенное значение для образования биопленки на поверхности загрузки имеет характер ее поверхностй, биа%ивае49сть (гидрофильность или гидрофобность), определяющая скорость контакта загрузки с органическими отходами и сцепления с помощью внеклеточных полимеров микроорганизмов с поверхностью загрузки.

При анаэробном сбраживании органических отходов сельскохозяйственного производства (особенно стоков животноводческих ферм и комплексов) примечение в качестве фильтра неорганических материалов менее эффективно, так как наличие в стоках вязких, коллоидных структур приводит к забиванию микро- и макропор загрузки, уменьшению площади активной поверхности. созданию неблагоприятных трофических условий для колоний микроорганизмов, образующих биопленку, В силу естественных процессов увеличение плотности биопленки проводит к ее разрушению при достижении критической величины, связанному с исчерпанием резервов питания в толще биопленки. Замена загрузки (фильтра) в реакторе вызывает необходимость прерывания (полной останов-. ки) технологического процесса анаэробного сбраживания органических отходов, т,е. слива отходов из реактора. что еще более снижает эффективность работы установки.

При осуществлении способа органические отходы циркулируют через биофильтр с загрузкой, сброженные отходы отводят, биогаз отделяют и часть его используют в системе циркуляции отходов.

В качестве загрузки используют стержни кукурузных початков в количестве 5;О7,5 $ от объема сбраживаемых отходов

Замену загрузки осуществляют в процессе сбраживания через каждые 50 — 60 сут.

Использование в качестве загрузки стержней кукурузных початков способствует быстрому. закреплению микроорганизмов, развитию биопленки и увеличению биохимической активности метаногенов благодаря многослойной структуре поверхности, характеризующейся наличием ячей (карманов), углубленных до 4 мм (места присоединения зерен кукурузы к стержню), и я чей . на руж ного чешуйчатого слоя. Кроме того, поверхность стержня кукурузного початка обладает хорошей смачиваемостью.

20

35

Иммобилизация микроорганизмов, осуществляющих анаэробную биодеградацию и обладающих высокой адгезией на органическом субстрате, каким является стержень кукурузного початка, обеспечивается питанием бактерии как с поверхности, обращенной к сбраживаемым отходам, так и в глубине биопленки.

Быстрое заселение микроорганизмами. поверхности загрузки способствует уже через сутки после ввода последней в реактор увеличению ферментирующей активности системы, ускорению процессов биодеградации органических отходов и, как следствие, увеличению выхода биогаза и степени разложения органических веществ, т,е. повышению эффективности процесса анаэробного сбраживания органических отходов.

Использование органической загрузки в количестве 5,0 — 7,5% от объема сбраживаемых отходов обеспечивает максимальную эффективность процесса за счет постоянства оптимальной концентрации работающей ассоциации микроорганизмов.

Замена загрузки по мере ее выработки (разложения) через 50 — 60 сут без остановки микробиологического реактора и полного слива органических отходов обеспечивает непрерывность технологического процесса анаэробного сбраживания. органических отходов и устойчивую производительность.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг, 2 — то же; поперечный разрез.

Устройство для анаэробного сбраживания органических отходов содержит микробиологический реактор 1 в виде герметичного цилиндра, заполненного органическими отходами 2, В центре реактора

1 размещен зрлифт 3 в виде трубы, в нижнюю часть которой введен трубопровод 4 подачи сжатого биогаэа на перемешивание.

Трубопровод 5 предназначен для подачи

5 сбраживаемых органических отходов, а трубопровод 6 — для отвода сброженных отходов. Трубопровод 7 предназначен для рециркуляции (гидравлического перемешивания) отходов в реакторе 1.

Объем реактора 1 представляет собой четыре накладывающиеся одна на другую эоны: зону А осаждения сбраживаемых отходов; зону Б турбулентности (перемешивания) отходов; зону В отстаивания (фильтрования) отходов; зону Г накопления биогаза, образующегося в результате биодеградации органических отходов и загрузки.

Трубопровод 8 предназначен для отбора биогаэа иэ зоны Г реактора 1, а трубоп1728134

55 ровод 9 — для подачи части биогаза на компрессор 10. Труба 11 предназначена для разделения зон Б и В и оборудована расширительным конусом 12. Между корпусом реактора 1 и конусом 12 образуется кольцевая щель 13 для уплотнения и вывода осадка из зоны В в зону 6. Дегазация перемешиваемых отходов осуществляется на выходе трубы 14 эрлифта 3, который размещен ниже верхней кромки трубы 11. На трубе эрлифта 3 закреплен дефлектор 15 для улучшения турбулентности потока отходов в зоне Б. B корпус реактора 1 введены контейнеры 16, заполненные загрузкой 17 (стержнями кукурузных початков).

Контейнеры 16 выполнены в виде цилиндров из легкопроницаемого для органических отходов материала (пластмассовая или металлическая сетка и др.). Контейнеры

16 вводятся в микробиологический реактор

1 через гидравлические затворы 18 в виде цилиндров, верхняя кромка которых герметично соединена с корпусом реактора 1. а нижняя эаглублена под уровень отходов в реакторе 1, что исключает сообщение зоны

Г с атмосферой при очередной замене контейнера 16 с новой загрузкой 17.

Устройство для анаэробного сбраживания органических отходов работает следующим образом.

В процессе биометаногенеэа органических отходов 2 в реакторе 1 образуется биогаз, накапливающийся в зоне Г. По трубопроводу 8 биогаз направляется к потребителю. Часть биогаэа по трубопроводу

9 поступает на компрессор 10. после которого биогаэ под давлением по трубопроводу

4 поступает в нижнюю часть эрлифта 3. При прохождении биогаэа по эрлифту 3 снизу вверх в нижней части эрлифта 3 создается разрежение. способствующее засасыванию и транспортированию сбраживаемых отходов 2 иэ зоны А в зону В. Дегазация отходов

2 происходит на выходе трубы 14 эрлифта 3.

Дегазированные отходы 2 через когьцевой зазор между трубой 11 и эрлифтом 3 поступают в зону 6. где происходит активное циркулирование отходов 2. Дефлектор 15 способствует турбулентности потоков отходов 2 в зоне Б, что обеспечивает хороший доступ органических веществ к колониям микроорганизмоэ, закрепленных на поверхности загрузки 17, Часть микроорганизмов и частичек загрузки 17 находится во взвешенном состоянии в сбраживаемых отходах

2, образуя биомассу, Биомасса попадает в зону В, где происходит ее отстаивание, Отстоянные сброженные отходы отводятся из реактора 1 через трубопровод 6. Осадок биомассы через кольцевую щель 13 между рас5

45 ширительным конусом 12 и корпусом реак. тора 1 под воздействием силы тяжести воз вращается в зону Б. По трубопроводу 7 осуществляется частичная рециркуляция отстоянных отходов в зойу Б.

Очередная подача исходных (сттежих) органических отходов в реактор 1 произ lo дится по трубопроводу 5 в зону h.

По мере разложения загрузки 17 из ре актора 1 извлекается соатветствук>тций кон тейнер 16, производится замена загрузки 17 и ввод контейнера 16 в реактор 1. Гидрозатвор 18 исключает сообщение зоны Г с атMO(: ферой при вынутом контейнере 16.

Пример. Для проверки способа в лабораторных условиях используют эксп» риментальную установку.

Установка состоит из двух реакторов, представляющих собой металлические гег> метичные цилиндры, оборудованные уг. тройствами ввода, вывода сбраживаемото материала, отбора биогаза (компрессор 7К1 М), эрлифтами. Объем каждого реактор з .. л, рабочий объем 4 л. В одном реакторе (контрольном) в качестве загрузки использу ют пластмассовый гранулированный мапт риал, в другом (опытном) — стержни кукурузных початков.

В качестве органических отходов .;ри меняют навоз крупного рогатого cK01:> влажностью 93-94% с содер. .аттием сухог > органического вещества. 5-78%.

Оба реактора ежедневно зат ружак>т одинаковым обьемом навоза (20% от раб<>чего обьема реактора), фиксируют суточный обьем выхода биогаза и определяют cf ..— пень разложения органических веществ пгходов.

Выход биогаза на 1 л сбраживаемых отходов в опытном реакторе 1,91 л, в контрольном 0,48 л. Степень разложения органических веществ в опытном реактор»

62,7%, в контрольном 19,4%, Максимальная эффекгив IocTb процесса наблюдается при замене загрузки через 50 — 60 сут, Разруш»ние структуры стержней кукурузы происхо дит через 120 сут.

В таблицах представлены данные, характеризующие зависимость выхода биог;>за и степени разложения органических веществ от материала загрузки и длитель>тости ее пребывания в реакторе (табл. 1), з также от количества загрузки (табл. 2).

В табл, 3 представлены данные по заг>исимости качества биогаза от материала злгрузки, Изобретение позволяет реализовать в качестве загрузки дешевый и легкодоступныи материал, осуществить непрерывныт> процесс анаэробного сбраживания. испт

1728134 зовать остатки загрузки в качестве органических удобрений, повысить энергоемкость биогаза на 5-6, увеличить выход биогаза в 3 раза и вдвое повысить степень очистки.

Формула изобретения

1. Способ анаэробного сбраживания органических отходов, включающий их циркуляцию через биофильтр с загрузкой, выделение биогаза. использование части его в системе циркуляции отходов, отвод сброженных отходов и периодическую замену загрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса анаэробного сбраживания органических отходов и увеличения удельного выхода биогаза. в качестве загрузки используют стержни кукурузных початков в количестве 5,0-7,5 от обьема сбраживаемых отходов.

2, Способ поп.1,отлича ющийс я тем, что замену загрузки осуществляют в процессе анаэробного сбраживания через каждые 50-60 сут.

3. Устройство для анаэробного сбражи5 вания органических отходов, содержащее герметичный корпус реактора, систему перемешивания отходов биогазом, загрузку и технологические трубопроводы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения

10 эффективности процесса анаэробного сбраживания органических отходов и увеличения удельного выхода биогаза, оно снабжено контейнерами для размещения загрузки, проницаемыми для биомассы, а

15 также гидравлическими затворами для ввода контейнеров в корпус реактора, при этом верхняя часть гидравлических затворов герметично присоединена к верхней части корпуса. а нижняя заглублена под уровень

20 биомассы.

Таблица1

Средняя степень раз1 ложения органических вецеств, 4

Удельный выход биогаз,,л!л в сутки

Продолжительность

Загрузкастержни кукурузных по

Загрузка по про" тотипу процесса, сут

Загрузка : Загрузкапо прото- стержни типу кукурузных по

i чатков ! (5i) чатков

2

4

7

120

0,53

0,57

0,55

0,45

0,43

0,50

0,50

0,48

0,45

О,Ь3

0,65

0,63

0,68 .О, 73

0,65

О 58

0,48

0,60

0,63

1,00

1,20

1,20

1,24

1,21

1,47

1,74

1ю .1, 58

1,44

1 39

1,21

1,26

1,24

1,29

0,90

0,71

0,86

0,90

25,1

17,2

17,3

16,8

23,2

25,0

24,2

19,4

22,0

17,0

19,0

22,4

22,0

20,9

21,8

21,6

20,3

20,4

20,6

32,5

30,3

31 5

34,6

49,2

53,6

56,4

62 7

66, 1

42,1

37,9

37,7

35,0

32,3

31,2

30,8

26,4

-26,2

26,0

1728134

Таблица2

Таблицами

1728134

Составитель Л.Суханова

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Л,Патай

Редактор Г. Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 1373 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035; Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5