RU191407U1

RU191407U1 - Device for anaerobic processing of liquid organic waste

Info

Publication number: RU191407U1
Application number: RU2019113124U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Ковалев; Андрей Александрович Ковалев; Юрий Александрович Собченко
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2019-08-05

Abstract

РЕФЕРАТУСТРОЙСТВО ДЛЯ анаэробной переработки жидких ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВВ результате использования предлагаемой полезной модели появляется возможность повысить эффективность процесса анаэробной переработки органических отходов за счет тонкодисперсного измельчения, улучшающего реологические свойства субстрата и доступность питательных веществ для микроорганизмов, частичного гидролиза органических соединений, увеличивающего степень разложения органического вещества и соответственно выход целевого продукта – биогаза, внесения микрочастиц железа, позволяющего сократить периода запуска биореактора, увеличить скорость образования и конечный выход метана, обеспечить более полное разложение субстрата и снижение необходимого объема биореактора, повысить адаптивную способность микробного сообщества к неблагоприятным условиям (например, избыточное накопление летучих жирных кислот (ЛЖК) или Н, снижение рН), ускоренного нагрева субстрата в СВЧ поле до температуры процесса, обеспечивающего снижение температурных колебаний в реакторе и повышение стабильности процесса, за счет того, что микрочастицы железа вносят путем истирания рабочего органа аппарата вихревого слоя (стальные иглы), а ускорение нагрева субстрата в камере СВЧ нагрева происходит при утилизации отбросной теплоты от аппарата вихревого слоя.The use of the proposed utility model makes it possible to increase the efficiency of the process of anaerobic processing of organic waste through fine grinding, which improves the rheological properties of the substrate and the availability of nutrients for microorganisms, partial hydrolysis of organic compounds, which increases the degree of decomposition of organic matter and, accordingly, target product - biogas, making I microparticles of iron, which allows to shorten the start-up period of the bioreactor, increase the rate of formation and final yield of methane, provide more complete decomposition of the substrate and decrease the required volume of the bioreactor, increase the adaptive ability of the microbial community to adverse conditions (for example, excessive accumulation of volatile fatty acids (VFA) or Н , decrease in pH), accelerated heating of the substrate in the microwave field to the temperature of the process, which ensures a decrease in temperature fluctuations in the reactor and an increase in the stability of percent Essa, due to the fact that microparticles of iron are introduced by abrasion of the working body of the vortex layer apparatus (steel needles), and the acceleration of heating of the substrate in the microwave heating chamber occurs when utilizing the waste heat from the vortex layer apparatus.

Description

Объект – устройствоObject - device

МПК С02F 11/04, С02F 3/30IPC С02F 11/04, С02F 3/30

УСТРОЙСТВО ДЛЯ анаэробной переработки жидких ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ DEVICE FOR ANAEROBIC RECYCLING OF LIQUID ORGANIC WASTE

Полезная модель относится к области утилизации концентрированных органических субстратов, пригодных к дальнейшему использованию в условиях производств – их источников или в смежных областях.The utility model relates to the field of utilization of concentrated organic substrates suitable for further use in the conditions of production - their sources or in related fields. Источниками таких субстратов могут быть предприятия агропромышленного комплекса – животноводческие и птицеводческие комплексы (бесподстилочный навоз, помет), перерабатывающие предприятия. При этом субстратами могут выступать осадки локальных очистных сооружений, последрожжевая барда. В жилищно-коммунальном хозяйстве такими субстратами являются избыточный активный ил, осадки городских очистных сооружений.The sources of such substrates can be agricultural enterprises - livestock and poultry complexes (bedless manure, litter), processing enterprises. In this case, sediments of local treatment facilities, post-yeast bard can act as substrates. In housing and communal services, such substrates are excess activated sludge, precipitation of urban treatment facilities. К известным техническим решениям такого назначения следует отнести технологические схемы с анаэробными биореакторами-метантенками, широко применяющиеся на практике при обезвреживании осадков городских очистных сооружений (Яковлев С.В., Воронов Ю.В. «Водоотведение и очистка сточных вод», М., АСВ, 2004 г., с.466), бесподстилочного навоза и помета (Ковалев Н.Г., Глазков И.К. «Проектирование систем утилизации навоза на комплексах» М., ВО «Агропромиздат», 1989, с.104).Known technical solutions for this purpose include technological schemes with anaerobic digesters bioreactors that are widely used in practice in the treatment of sludge from urban wastewater treatment plants (Yakovlev S.V., Voronov Yu.V. “Wastewater and wastewater treatment”, M., DIA , 2004, s.466), bedless manure and litter (Kovalev N.G., Glazkov I.K. "Designing systems for the utilization of manure in complexes" M., VO "Agropromizdat", 1989, s. 104). Известна установка для переработки органического сырья, включающая систему подачи исходного сырья, анаэробный биореактор, нагреватель биомассы, систему отвода биогаза, систему удаления биомассы, систему управления технологическим процессом (патент РФ №2525897, МПК С02F 11/04, B09B 3/00, В01F 7/04, опубл. 20.08.2014, Бюл. №23). В систему подачи исходного сырья включен механизм, состоящий из приемной воронки, механизма измельчения, механизма перемешивания, системы подогрева. Система подогрева включает рабочие лопатки, установленные на двух полых валах, образующих две батареи с разным направлением вращения. Нагреватель биомассы выполнен в полых валах двух батарей посредством продольных сквозных отверстий с возможностью пропускания через них теплоносителя. Установка содержит устройство для очистки газа, для выработки электрической и тепловой энергии, а также сепаратор для разделения отработанной биомассы на твердую и жидкую фракции. A known installation for the processing of organic raw materials, including a feed system, anaerobic bioreactor, biomass heater, biogas removal system, biomass removal system, process control system (RF patent No. 2525897, IPC С02F 11/04, B09B 3/00, В01F 7 / 04, published on 08.20.2014, Bull. No. 23). The feed system includes a mechanism consisting of a receiving funnel, a grinding mechanism, a mixing mechanism, a heating system. The heating system includes rotor blades mounted on two hollow shafts, forming two batteries with different directions of rotation. The biomass heater is made in the hollow shafts of two batteries by means of longitudinal through holes with the possibility of passing coolant through them. The installation contains a device for gas purification, to generate electrical and thermal energy, as well as a separator for separating spent biomass into solid and liquid fractions. Недостатком известной установки является длительность процесса предварительной обработки и высокие энергетические затраты.A disadvantage of the known installation is the length of the pre-treatment process and high energy costs. Известен способ очистки фракции навозного стока и сточной воды ЖКХ с использованием метанового брожения, осуществляемого биоценозом анаэробных бактерий с кавитационной обработкой жидкой фракции навоза или сточной воды (патент РФ №2513691, МПК С12Р 5/00, С02F 11/04, опубл. 20.04.2014, Бюл. №11).A known method of purification of the fraction of manure runoff and wastewater utilities using methane fermentation, carried out by the biocenosis of anaerobic bacteria with cavitation treatment of the liquid fraction of manure or wastewater (RF patent No. 2513691, IPC С12Р 5/00, С02F 11/04, publ. 04/20/2014 Bull. No. 11).

Недостатком известного аппарата является высокие энергетические затраты на проведения процесса кавитационной обработки.A disadvantage of the known apparatus is the high energy costs of the cavitation process.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство предварительной подготовки органических отходов к сбраживанию в метантенке, содержащее аппарат вихревого слоя и биореактор (Increasing the efficiency of organic waste conversion into biogas by mechanical pretreatment in an electromagnetic mill Litti, Y.; Kovalev, D.; Kovalev, A.; et al. Journal of Physics: Conference Series Volume: 1111 Year: 2018 DOI: 10.1088/1742-6596/1111/1/012013).The closest in technical essence to the proposed utility model is a device for preliminary preparation of organic waste for digestion in a digester, containing a vortex layer apparatus and a bioreactor (Increasing the efficiency of organic waste conversion into biogas by mechanical pretreatment in an electromagnetic mill Litti, Y .; Kovalev, D .; Kovalev, A .; et al. Journal of Physics: Conference Series Volume: 1111 Year: 2018 DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 1111/1/012013). Недостатком известного устройства, прототипа, является отсутствие предварительного нагрева субстрата перед подачей в метантенк, что приводит к температурным колебаниям внутри реактора и дестабилизирует процесс.A disadvantage of the known device, the prototype, is the lack of pre-heating of the substrate before being fed into the digester, which leads to temperature fluctuations inside the reactor and destabilizes the process. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности процесса анаэробной переработки органических отходов.The objective of the proposed utility model is to increase the efficiency of the process of anaerobic processing of organic waste.

В результате использования предлагаемой полезной модели появляется возможность повысить эффективность процесса анаэробной переработки органических отходов за счет тонкодисперсного измельчения, улучшающего реологические свойства субстрата и доступность питательных веществ для микроорганизмов, частичного гидролиза органических соединений, увеличивающего степень разложения органического вещества и соответственно выход целевого продукта – биогаза, внесения микрочастиц железа, позволяющего сократить периода запуска биореактора, увеличить скорость образования и конечный выход метана, обеспечить более полное разложение субстрата и снижение необходимого объема биореактора, повысить адаптивную способность микробного сообщества к неблагоприятным условиям (например, избыточное накопление летучих жирных кислот (ЛЖК) или Н₂, снижение рН), ускоренного нагрева субстрата в СВЧ поле до температуры процесса, обеспечивающего снижение температурных колебаний в реакторе и повышение стабильности процесса, за счет того, что микрочастицы железа вносят путем истирания рабочего органа аппарата вихревого слоя (стальные иглы), а ускорение нагрева субстрата в камере СВЧ нагрева происходит при утилизации отбросной теплоты от аппарата вихревого слоя.As a result of using the proposed utility model, it becomes possible to increase the efficiency of the process of anaerobic processing of organic waste due to fine grinding, which improves the rheological properties of the substrate and the availability of nutrients for microorganisms, partial hydrolysis of organic compounds, which increases the degree of decomposition of organic matter and, accordingly, the yield of the target product - biogas, introduction microparticles of iron, which allows to reduce the launch period of the bioreactor, increase the rate of formation and final yield of methane, provide a more complete decomposition of the substrate and reduce the required volume of the bioreactor, increase the adaptive ability of the microbial community to adverse conditions (for example, excessive accumulation of volatile fatty acids (VFA) or H ₂ , lower pH), accelerated heating of the substrate in The microwave field to the temperature of the process, providing a decrease in temperature fluctuations in the reactor and increasing the stability of the process, due to the fact that the microparticles of iron contribute by abrasion of body whirl layer (steel needle) apparatus, and a substrate heating acceleration in the microwave heating chamber occurs when disposing of waste heat from the fluidized-bed apparatus.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве для анаэробной переработки жидких органических отходов, содержащем аппарат вихревого слоя и метантенк, согласно полезной модели, аппарат вихревого слоя дополнительно снабжен камерой СВЧ нагрева, снабженной теплообменником подогревателем и СВЧ излучателем, а аппарат вихревого слоя снабжен теплообменником охладителем, при этом выход камеры СВЧ нагрева гидравлически связан трубопроводом с входом реактора аппарата вихревого слоя через насос циркуляции субстрата и трехходовой клапан, образуя единый циркуляционный контур по субстрату, а теплообменник охладитель аппарата вихревого слоя соединен трубопроводом с теплообменником подогревателем камеры СВЧ нагрева через насос циркуляции теплоносителя, образуя циркуляционный контур по теплоносителю, при этом метантенк соединен с единым циркуляционным контуром по субстрату трубопроводом загрузки через трехходовой клапан, который управляется от датчика температуры, установленного на выходе камеры СВЧ нагрева.The above technical result is achieved by the fact that in the device for anaerobic processing of liquid organic waste containing a vortex layer apparatus and digesters, according to a utility model, the vortex layer apparatus is additionally equipped with a microwave heating chamber equipped with a heat exchanger heater and a microwave emitter, and the vortex layer apparatus is equipped with a heat exchanger cooler wherein the output of the microwave heating chamber is hydraulically connected by a pipeline to the reactor inlet of the vortex layer apparatus through a substrate circulation pump and t the re-entry valve, forming a single circulation loop along the substrate, and the heat exchanger of the vortex-layer apparatus cooler is connected by a pipeline to the heat exchanger by the microwave heating chamber heater through the heat carrier circulation pump, forming a circulation loop through the heat carrier, while the digester is connected to a single circulation loop through the substrate by the loading pipeline through a three-way valve , which is controlled by a temperature sensor installed at the output of the microwave heating chamber.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для анаэробной переработки жидких органических отходов.The essence of the proposed utility model is illustrated in the drawing, which shows a general diagram of a device for anaerobic processing of liquid organic waste.

Устройство для анаэробной переработки жидких органических отходов содержит метантенк 1, приемную емкость 9 и аппарат вихревого слоя 8, включающий индуктор 16, реактор 7, теплообменник охладитель 5, насос циркуляции субстрата 10, трехходовой клапан 11, трубопровод циркуляции субстрата 13 и трубопровод загрузки метантенка 15. Аппарат вихревого 8 дополнительно снабжен камерой СВЧ нагрева 2, включающей СВЧ излучатель 3 и теплообменник подогреватель 4, датчик температуры 14, насос циркуляции теплоносителя 6 и трубопровод циркуляции теплоносителя 12.The device for anaerobic processing of liquid organic waste contains a digester 1, a receiving tank 9 and a vortex layer apparatus 8, including an inductor 16, a reactor 7, a heat exchanger cooler 5, a substrate circulation pump 10, a three-way valve 11, a substrate circulation circuit 13 and a digester tank 15. The vortex apparatus 8 is additionally equipped with a microwave heating chamber 2, including a microwave emitter 3 and a heat exchanger heater 4, a temperature sensor 14, a coolant circulation pump 6 and a coolant circulation pipe 12.

Теплообменник охладитель 5 аппарата вихревого слоя 8 соединен трубопроводом 12 с теплообменником подогревателем 4 камеры СВЧ нагрева 2 через насос циркуляции теплоносителя 6, образуя циркуляционный контур по теплоносителю. Метантенк 1 соединен с единым циркуляционным контуром по субстрату трубопроводом загрузки 15 через трехходовой клапан 11. Датчик температуры 14 расположен на выходе из зоны СВЧ нагрева 2.The heat exchanger cooler 5 of the apparatus of the vortex layer 8 is connected by a pipe 12 to the heat exchanger by the heater 4 of the microwave heating chamber 2 through the circulation pump of the coolant 6, forming a circulation loop along the coolant. The digester 1 is connected to a single circulation circuit through the substrate by a feed pipe 15 through a three-way valve 11. A temperature sensor 14 is located at the outlet of the microwave heating zone 2.

Работает предлагаемое устройство для анаэробной переработки жидких органических отходов следующим образом.The proposed device for anaerobic processing of liquid organic waste is as follows.

В приемную емкость 9 загружаются жидкие органические отходы в объеме суточной дозы загрузки метантенка 1, которые насосом циркуляции субстрата 10 по трубопроводу циркуляции субстрата 13 прокачиваются через реактор 7 аппарата вихревого слоя 8 и затем поступают в камеру СВЧ нагрева 2, при этом отходы подвергаются воздействию СВЧ излучения, создаваемого СВЧ излучателем 3, а также воздействию стальных игл в аппарате вихревого слоя 8, движущихся под действием вращающегося электромагнитного поля создаваемого индуктором 16. При работе индуктора 16 аппарата вихревого слоя 8 выделяется значительное количество теплоты, которая передается теплоносителю с помощью теплообменника охладителя 5, нагретый теплоноситель с помощью насоса циркуляции теплоносителя 6 по трубопроводу циркуляции теплоносителя 12 подается в теплообменник подогреватель 4 камеры СВЧ нагрева 2, ускоряя тем самым процесс нагрева субстрата до температуры процесса анаэробной переработки в метантенке 1 (до 55⁰С). По достижению субстратом температуры процесса, определяемой по датчику температуры 14, трехходовой клапан 11 переводится в положение загрузки метантенка 1 и подготовленный субстрат по трубопроводу загрузки 15 поступает в метантенк 1.Liquid organic waste is loaded into the receiving tank 9 in the volume of the daily loading dose of the digester 1, which are pumped through the substrate circulation pump 10 through the substrate circulation pipe 13 through the reactor 7 of the vortex layer apparatus 8 and then enter the microwave heating chamber 2, while the waste is exposed to microwave radiation generated by the microwave emitter 3, as well as the action of steel needles in the apparatus of the vortex layer 8, moving under the action of a rotating electromagnetic field created by the inductor 16. When the inductor 16 a the apparatus of the vortex layer 8, a significant amount of heat is released, which is transferred to the coolant using the cooler heat exchanger 5, the heated coolant using the coolant circulation pump 6 through the coolant circulation pipe 12 is supplied to the heat exchanger heater 4 of the microwave heating chamber 2, thereby accelerating the process of heating the substrate to the process temperature anaerobic digestion in digester 1 (up to 55 ⁰ С). Upon reaching the substrate of the process temperature, determined by the temperature sensor 14, the three-way valve 11 is transferred to the loading position of the digester 1 and the prepared substrate through the loading pipe 15 enters the digester 1.

Claims

A device for anaerobic processing of liquid organic waste containing a vortex layer apparatus and digesters, characterized in that the vortex layer apparatus is additionally equipped with a microwave heating chamber equipped with a heat exchanger-preheater, a microwave radiator, an inductor and a heat exchanger-cooler, while the output of the microwave heating chamber is hydraulically connected by a pipeline to the reactor inlet of the vortex layer apparatus through a substrate circulation pump and a three-way valve, forming a single circulation a circuit along the substrate, and a heat exchanger — a cooler of the vortex layer apparatus — is connected by a pipeline to a heat exchanger — a heater of the microwave heating chamber through a cir heat medium circulation, forming a circulation loop along the coolant, while the digester is connected to a single circulation loop through the substrate by a loading pipeline through a three-way valve, which is controlled by a temperature sensor installed at the output of the microwave heating chamber.