Установка выработки биогаза

 

Использование: выработка биогаза из стоков свиноводства в смеси с куриным пометом при высокой степени распада беззольного органического вещества и высоком содержании метана в биогазе Сущность изобретения: установка содержит приямок, секцию кислого брожения, секцию регрессии кислого брожения, секции щелочного и метанового брожения, разделенные перегородками, выполненными в виде гибких нитей и размещенными поперек потока стоков Секции имеют замкнутые системы рециркуляции биогаза через фильтросные трубы В установке разобщен распад жиров, белков и углеводов с соответствующей адаптацией микроорганизмов - деструкторов , заселяющих гибкие нити, при этом снижена токсикация метаболитами одних микроорганизмов жизнедеятельности других 9 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 02 F 11/04, 3/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4953332/26 (22) 02.04.91. (46) 07.07.93. Бюл.¹ 25 (71) Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения АН

СССР (72) B.È.Òóì÷åíîê и Г.Е.Фридман (56) Заявка Японии № 63-49558, кл, С 02 F 11/04, 1988. (54) УСТАНОВКА ВЫРАБОТКИ БИОГАЗА (57) Использование: выработка биогаза иэ стоков свиноводства в смеси с куриным пометом при высокой степени распада беззольного органического вещества и высоком содержании метана в биогаэе.

Изобретение относится к технике выработки биогаза, обогащенного метаном и высокой калорийности, и может быть использовано при очистке стоков сельского хозяйства, особенно стоков свиноводства, содержащих большое количество азота.

Цель изобретения — повышение содержания метана в биогазе.

Укаэанная цель достигается тем, что перегородки, разобщающие секции, выполнены в виде гибких нитей, пересекающих поток стоков, под которыми размещены фильтросные трубы, а секции кислого, регрессии кислого и щелочного брожения снабжены замкнутыми на секции напорными системами рециркуляции биогаза, причем каждая секция выполнена с индивидуальным перекрытием иэ нежесткой непроницаемой для биогаэа перегородки и дополнительным перекрытием для всех секций, размещенным над первыми.

». Ы „1825751 А1

Сущность изобретения: установка содержит приямок, секцию кислого брожения, секцию регрессии кислого брожения, секции щелочного и метанового брожения, разделенные перегородками, выполненными в виде гибких нитей и размещенными поперек потока стоков. Секции имеют замкнутые системы рециркуляции биогаза через фильтросные трубы. В установке разобщен распад жиров, белков и углеводов с соответствующей адаптацией микроорганизмов — деструкторов, заселяющих гибкие нити, при этом снижена токсикация метаболитами одних микроорганизмов жизнедеятельности других. 9 ил.

Заявленные отличия существенны, Беээольное органическое вещество стоков содержит жиры, белки углеводы, дающие разные продукты распада и разный по составу биогаз, Распад жиров проходит по реакции;

ЖИРЫ + Hz0 2СН4+ С02, причем эта реакция обеспечивает максимальный выход биогаза, составляющий 1,25 м /кг.

При распаде белков;

БЕЛКИ + НгО - H2S+ CCb+ 2CH4+ МНз+

+ СО2 образуется сероуглерод, который является ингибитором образования СН4 по реакции: СО2 + ЗН2 -+ СН4 + 2Н20. Наличие сероводорода приводит к тому, что при совместном сбраживании степень распада белка не превышает 47 .

Распад углеводов проходит по реакции:

УГЛЕВОДЫ + Н20 ЗСО2 + ЗСН4, причем большинство исследователей утвержда

1825751 ет, что из-за метаболитов микроорганизмовдеструкторов, разлагающих жиры и белки, степень распада их очень низкая.

При замкнутой циркуляции на секции происходит перемешивание субстрата, одновременно окисляется сероводород за счет кислорода беэзольного органического вещества и, соответственно, устраняется его вредное воздействие на метаногенез и упрощается последующее использование биогаза.

При распаде белка аммиак и диоксид углерода выделяются в виде связанного комплекса, который при рециркуляции расщепляется с образованием гидрата окиси аммония.

МНз+ Н О (ЙН4)ОН. и двууглекислого аммония;

ЙНз+ СО2+ HzO - (МН4)НСОз, которые являются легsoóñâoÿåìûìè формами азота для жизнедеятельности метаногенов.

Одновременно гидрат окиси аммония и двууглекислый аммоний обеспечивают слабощелочную среду для секции щелочного брожения и последующей обработки биогаза в секции метанового брожения, протекающей в аппарате колонного типа.

Выполнение общего перекрытия, в газовое пространство под которым поступает биогаз иэ секции метанового брожения, сокращает до минимума потери в окружающую среду из наиболее термофильных секций, для которых предпочтительней мезофильный и еще в большей степени термофильный режимы. Все вместе взятое обеспечивает достижение цели изобретения — повышение содержания метана е биогаэе, На фиг.1 показана предлагаемая установка беэ покрытий и беэ секции метанового брожения. еид сверху; на фиг,2 — секция метанового брожения, продольный разрез; на фиг.З вЂ” сечение А — А на фиг,1; на фиг.4— вид Б на фиг.3; на фиг,5 — показан узел В на фиг.3: на фиг,6 — сечение Г-Г на фиг.l; на фиг.7 — сечение Д вЂ” Д на фиг.1; на фиг.8— сечение Ж-Ж на фиг.1 (схематически); на фиг.9 — то же (увеличено).

Установка выработки биогаза содержит корпус 1 с перегородкой 2. образующие приямок 1, секцию II кислого брожения, секцию III регрессии кислого брожения, секцию IVщелочного брожения,,секцию V осветления иловой воды, секцию Vl метаноеого брожения и секцию-сборник Vll иловой воды. Приямок I снабжен патрубок 3 подвода стоков, патрубок 4 отвода тяжелых фракций и мешалкой 5, Секции II, I! I, IV снабжены фильтросными трубами 6, сообщенными с

55 жизнедея тел ь ность мета ноге нов. Более благоприятное соотношение между углеродом и азотом и куриного помета, которое находится в пределах 10-16, а поэтому для выработки помета стоки свиноводства сгущают жидким пометом влажностью 80—

85 . Помет разводят стоками свиноводства до влажности 95, причем стоки нагревают до температуры 80 — 90 С погружными roрелками, чтобы температура в приямке I составляла 54-55 С, где при размешивании мешалкой 5 происходит дополнительное освобождение стоков от тяжелых взвесей, которые отводятся по патрубку 4, Поступление стоков по патрубку 3 осуществляют Непрерывно, Стоки из приямка I поступают в секцию кислого брожения II, где под вентиляторами 7. Секции I, II Ill IV u V перекрыты нежесткими перегородками 8, образующими газового пространство Е, а над ними размещена перегородка 9, при5 крепленная к ленточному фундаменту 10 с образованием газового объема И, причем перегородки 8 и 9 снабжены натяжным устройством 11, а перегородка 9 выполнена с компенсатором 12 увеличения ее объема.

Между секциями 11 и 1II, 111 и IV, IV и Ч размещены гибкие нити 13, укрепленные на канатах 14, выполняемых иэ инертного материала (стекло, базальт и т.д,), являющихся иммобилиэационной насадкой для прикреп15 ления микроорганизмов и задерживающих перемещение верхнего продукта по стрелке

К. Секция-сборник Vll выполнена с нежесткой перегородкой 15, размещенной между брусками 16 и 17 и засыпкой 18 инертным

20 сыпучим материалом, и снабжена патрубком 19 отвода иловой воды и пульсатором

20. Секция Vl метанового брожения снабжена дутьевыми камерами 21 и реакторными камерами 22, выполненными с патрубками

25 23 и 24 и размещенными между камерами перфорированными перегородками 25 с экранами 26, патрубками 27 и 28 и запорной арматурой 29, Секция метанового брожения

Ч1 выполнена с патрубком 30 подвода биогаза, патрубком 31 подвода иловой воды, патрубком 32 отвода биогаза и патрубком 33 отвода иловой воды, На перфорированной перегородке 25 размещена иммобилизационная насадка 34 из зернистого материала

35 с режущими кромками, плотность которого меньше плотности воды и тем более плотности бактерий-деструкторов.

Установка выработки биогаза работает следующим образом.

Особенностью стоков свиноводства является высокое содержание азота при относительно низком содержании углерода, т.е. содержание С:N = 4:1, причем азот угнетает

1825751 воздействием масляно- и молочных кислых бактерий происходит переход беззольной органики в кислоты, спирты, газы. Процесс воздействия на субстрат маслянокислых и молочнокислых бактерий происходит при интенсивном перемешивании смесью газов (С02, Н2, Н23), истекающих через перфорацию фильтросных труб, причем газ отбирается из пространства Е под перекрытием вентилятором 7, Перемещению в направлении К жировых включений препятствуют гибкие нити 13 канатов 14, закрепленных на перегородке 8, и поперечные фильтросные трубы 6, создающие газовый фильтр, задерживающий твердые включения и пропускающий жидкие и газовые компоненты распада.

В секцию III регрессии кислого брожения переходят белки и углеводы, и происходит дальнейшее освобождение газа от сероводорода при перемешивании истекающим из фильтросных труб 6 газом, состав которых аналогичен составу газа в секции кислого брожения, На границе между секциями III u IV происходит задерживание взвесей, причем в секцию IV переходит избыточное количество углеводов, которые изза антагонизма бактерий-деструкторов жира и белков подвергаются небольшому распаду, Преобладание в секции К углеводов создает предпосылки для размножения метаногенов. Этому благоприятствует слабощелочная среда в секции, создаваемая гидратом окиси аммония и двууглекислым аммонием. Соответственно в секции!Ч изменяется структура газов, в котором появляется наряду с водородом и диоксидом углерода метан. причем при перемешивании субстрата из фильтросных труб 6 напором вентилятора 7 часть диоксида в присутствии водорода переходит в метан.

После прохождения очередной завесы иэ гибких нитей 13 субстрат поступает в секцию V, где происходит фильтрация иловой воды через засыпку 18, перегородку 15 в секцию-сборник Vill.

Периодически патрубок 19 отвода иловой воды перекрывают, осуществляют подтопление перегородки 15 и засыпки 18 и при работе пульсатора 20 выполняют освобождение пор от элементов кольматации, а осадок сдвигается по наклону засыпки 18 и отводится по отводному патрубку. Иловая вода из патрубка 19 секции-сборника Vll поступает через патрубок 31 в секцию метанового брожения И, сюда через патрубок 31 нагнетается газ и газового пространства Е секции IV. На перфорированной перегородке 25 происходит взаимодействие между иловой водой и газп;; и реакторной камере

22. Газ последовательно проходит через патрубки 23 и 24 и выводится через патрубок 32. Иловая вода соответственно переходит от патрубка 31 через патрубки 27 и 28 сверху вниз, а уровень воды на перегородке

25 устанавливают степенью открытия запорной арматуры 29.

На перегородках 25 размещена насадка

34 иэ зернистого сыпучего материала (вспученный перлит, керамзит, пемза и т.д.), плотность которой меньше плотности воды.

Насадка заселяется метаногенами, плотность которых порядка 1055 — 1080 кг/м, в результате при заселении частицы теря плавучесть и погружаются на поверхность перегородки 25, где в области интенсивного перемешивания режущими кромками насадки 34 происходит разрушение оболочек клеток метаногенов с освобождением ферментом, которые разлагают воды на водород и кислород.

Водород служит катализатором в реакции восстановления диоксида углерода до метана, а кислород освобождает воды от остаточного количества сероводорода, окисляя ее до органической серы, используемой в качестве биогенного элемента метаногенами, В секции Vl происходит пространственная сукцессия биокатализаторов, когда продукты жизнедеятельности одних микроорганизмов, заселяющих вышележащую реакторную камеру 22 служат биогенными элементами для микрорганизмов, заселяющих лежащую ниже реакторную камеру 22, Благодаря иммобилизационной насадке 34, происходит адаптация метаногенов к изменению биогенного состава иловой воды при ее движении сверху вниз, Для исключение выноса насадки 34 с вышележащей реакторной камеры 22 на нижележащу о служат экраны 26. Подбором количества реакторных камер 22 д тигают исчерпывания биогенных элементов иловой воды и получения биогаэа с высоким содержанием метана, Газ из камеры 22 через патрубок нагнетается в газовое пространство И под перегородкой 9, причем по мере заполнения газом этого пространства увеличивается ее обьем за счет компенсатора 12, Герметичнос. ь газовых полостей "Е" и "Д" обеспечивается гидравлическими затворами, расположенными по бровке корпуса 1 и ленточного фундамента 10. Натяжку перегородок 8 и 9 осуществляют скрутками компенсаторов 12, с выходом их концов в гидравлический затвор.

Технико-экономический эффект заключается в том, что предлагаемая установка позволяет доводить распад беэзольного ор1825751 ганического вещества до 90 — 95, а содержание метана в биогаэе — до 95-98;ь, т,е. повышать его калорийность с 5000-6000 ккал/кг до 9000 ккал/кг, что соответствует теплоте сгорания бензина. Освобождение биогаза от сероводорода позволяет испольэовать его в двигателях внутреннего сгорания, причем переход с бензина на биогаэ снижает издержки на горючее в несколько раз, сокращается расход смазочных материалов на 15,, повышается ресурс двигателей, полностью исключается токсичность выхлопа. так как при сгорании биогаэа образуются водяные пары и диоксид углерода, которые безвредны для окружаю цей среды.

Выход биогаза составляет 1.2-1,5 кг с 1 кг безвольно о органического вещества, причем i0 кг биогаэа достаточно на 25 кг пробега автомашины грузоподъемностью 3 тонны, Формула изобретения

Установка выработки биогаза, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода сред, разделенный перегородками на сек5 ции кислого брожения, регрессии кислого брожения, щелочного и метанового брожения, отличающаяся тем, что, с целью повышения содержания метана в биогазе, перегородки, разделяющие секции, выпол10 нены иэ гибких нитей и снабжены расположенными под нитями фильтросными трубами, секции кислого брожения и щелочного брожения снабжены замкнутыми на секции напорными системами рециркуляции биогаза, 15 при этом каждая секция выполнена с индивидуальным перекрытием из нежесткой и не проницаемой для биогаэа перегородки и установка снабжена дополнительным перекрытием, размещенным над индивидуаль20 ными перекрытиями секций, 1825 I

1825751

1825751

Ж-Ж

Ж-Ж

Составитель В,Тумченок

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор А,Рошкова

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

Заказ 2303 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5