Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для утилизации биомассы при переработке отходов животноводческих производств. Биогазовая установка включает многосекционный реактор, дно которого имеет уклон от узла загрузки к узлу выгрузки, причем последние выполнены в виде конвейеров с приводами мешалки, длина лопастей которых превышает уровень биомассы, расположенные в каждой секции реактора и кинематически связанные с приводом узла загрузки, и газгольдер. Установка снабжена массонасосом и водонагревательным котлом с газовыми горелками, сообщенными с газгольдером. Узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и вала со спиралью, причем вал конвейера узла загрузки выполнен полым и перфорированным. Кожух конвейера узла выгрузки снабжен герметичной цилиндрической емкостью, установленной выше уровня биомассы и образующей с ним кольцевую полость, сообщенную с полостью вала конвейера узла загрузки через водонагревательный котел и массонасос, при этом в месте расположения емкости кожух выполнен перфорированным. Изобретение позволяет повысить интенсивность процесса биометаногенеза за счет увеличения концентрации активной массы анаэробов и однородности поступающего в биореактор субстрата. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике утилизации биомассы и может найти применение для переработки отходов животноводческих производств.

Преимущественно данное изобретение предназначено для микробиологической анаэробной конверсии навоза в биогаз в условиях животноводческих комплексов, а также индивидуальных и фермерских хозяйств.

Известна непрерывно действующая анаэробная установка системы Шмидта-Эгерглюса, включающая цилиндрическую камеру брожения, по центру которой установлена телескопическая труба с гидронасадкой, насос для перекачивания навоза, смеситель, газгольдер низкого давления, навозохранилище и автоклав (см. книгу Калюжного С.В., Пузанкова А.Г., Варфоломеева С.Д. Биогаз: Проблемы и решение. Биотехнология. //Итоги науки и техники: ВИНИТИ АН СССР. - М.,1988, т.21, с.75-77).

К конструктивным недостаткам известной установки относится то, что выполнение устройства для перемешивания и нагревания биомассы может привести к нарушению герметичности газового колпачка и утечке метана, а в случае проскакивания искры - к взрыву самого устройства.

Отсутствие измельчающего устройства неизбежно приведет к частому забиванию гидронасадки, а разветвленная сеть трубопроводов с запорной арматурой усложняет эксплуатацию установки.

Известна также биогазовая установка системы "Дармштадт", содержащая расположенный под землей реактор с узлами загрузки и выгрузки, горизонтальную мешалку с приводом и сборник газа (см. книгу Калюжного С.В., Пузанкова А.Г., Варфоломеева С.Д. Биогаз: Проблемы и решение. Биотехнология. //Итоги науки и техники: ВИНИТИ АН СССР. - М, 1988, т.21, с.74-75).

При сбраживании необходимо поддерживать уровень биомассы в реакторе постоянным. В противном случае работа реактора будет малоэффективной: при повышении уровня свежий навоз, обладающий меньшим удельным весом, в процессе загрузки не поступит в реакционную зону, а при понижении уровня выделяющийся биогаз будет прорываться через узел загрузки в атмосферу.

Процесс сбраживания осуществляется во всем объеме реактора. В момент разгрузки за счет усреднения биомассы по длине бродильной емкости из реактора удаляется вместе со сброженной массой свежий и частично переработанный навоз. Потеря даже незначительного количества исходного сырья приводит к снижению скорости биометаногенеза.

Кроме того, конструкция мешалки не предотвращает образования застойных зон, приводящих к коркообразованию, увеличению затрат энергии на ее разрушение и снижению интенсивности образования газа.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является биогазовая установка, состоящая из многосекционной емкости, каждая секция которой снабжена мешалкой, сборника биогаза, узлов загрузки и выгрузки, в виде ленточных транспортеров с приводами, сообщенными с донной частью емкости, которая выполнена наклоненной в сторону узла выгрузки, при этом узел загрузки кинематически связан с мешалками (Патент РФ №2074600, МПК А 01 С 3/2, опубл. 10.03.97. Бюл. №7).

Недостатком известного технического решения является нестабильность процесса метаногенеза при изменяющихся условиях сбраживания. Указанный недостаток обусловлен разностью температур биомассы в реакторе и загружаемого сырья, что приводит к увеличению времени ферментации и снижению интенсивности образования газа.

Целью изобретения является интенсификация процесса биометаногенеза.

Указанная цель достигается тем, что в известной биогазовой установке анаэробного сбраживания органических отходов, включающей многосекционный реактор, дно которого имеет уклон от узла загрузки к узлу выгрузки, последние выполнены в виде конвейеров с приводами, мешалки, длина лопастей которых превышает уровень биомассы, расположенные в каждой секции реактора и кинематически связанные с приводом узла загрузки, а также газгольдер, согласно изобретению она снабжена массонасосом и водонагревательным котлом с газовыми горелками, сообщенными с газгольдером, узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и вала со спиралью, вал конвейера узла загрузки выполнен полым и перфорированным, а кожух конвейера узла выгрузки снабжен герметичной цилиндрической емкостью, установленной выше уровня биомассы и образующей с ним кольцевую полость, сообщенную с полостью вала конвейера узла загрузки через водонагревательный котел и массонасос, при этом кожух в месте расположения емкости выполнен перфорированным.

Отличительными признаками данной установки является то, что она снабжена массонасосом и водонагревательным котлом с газовыми горелками, сообщенными с газгольдером, узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и вала со спиралью, вал конвейера узла загрузки выполнен полым и перфорированным, а кожух конвейера узла выгрузки снабжен герметичной цилиндрической емкостью, установленной выше уровня биомассы и образующей с ним кольцевую полость, сообщенную с полостью вала конвейера узла загрузки через водонагревательный котел и массонасос, при этом кожух в месте расположения емкости выполнен перфорированным.

Благодаря этому обеспечивается одновременный подогрев и перемешивание свежего навоза до температуры биомассы в реакторе, что ведет к увеличению концентрации активной биомассы анаэробов и обеспечивает однородность поступающего субстрата в биореактор.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема биореактора.

Установка состоит из расположенного под землей реактора 1, разделенного на секции 2, узлов загрузки и выгрузки с винтовыми конвейерами 3, 4 и приводами 5, 6.

Секции реактора снабжены колоколообразными сборниками газа 7, мешалками 8 и сообщаются между собой в нижней части бродильной емкости.

Вращение мешалок, связаных между собой кинематически, осуществляется от привода 5 винтового конвейера 3 узла загрузки через цепную передачу 9.

Винтовой конвейер 3 узла загрузки состоит из кожуха 10 и вала 11 со спиралью 12. Вал 11 выполнен полым, перфорированным и расположен горизонтально.

Винтовой конвейер 4 узла выгрузки состоит из кожуха 13, вала 14 со спиралью 15 и цилиндрической емкости 16, образующей с кожухом 13 кольцевую полость 17. В месте расположения цилиндрической емкости 16 кожух перфорирован. Верхний срез винтового конвейера сообщен с приемником шлама 18.

Газгольдер 19 сообщен с горелками 20 водонагревательного котла 21, а полость 17 через водонагревательный котел 21 и массонасос 22 - с перфорированным валом 11 винтового конвейера 3 узла загрузки.

Установка работает следующим образом. После заполнения бродильной емкости навозом начинается процесс биометаногенеза. В процессе сбраживания навоз периодически перемешивают и поддерживают заданный температурный режим (t=35°C).

Свежие органические отходы из животноводческих ферм подают в узел загрузки реактора 1. Включают привод 5 винтового конвейера 3 и навоз перемешивается с жидкостью, перекачиваемой массонасосом 20 и попадающей в полый перфорированный вал 11 винтового конвейера 3.

Из винтового конвейера 5 навоз самотеком перемещается в донную часть первой секции 2 реактора 1. Поскольку удельный вес сброженной массы больше удельного веса свежего навоза, последний всплывает со дна бродильной емкости в основную массу. Одновременно с загрузкой мешалки 8 в секциях реактора 1 усредняют биомассу и разрушают образующуюся корку на ее поверхности. По мере заполнения первой секции свежим навозом часть сброженной массы удаляется в следующую секцию реактора. Различие в удельных весах основной массы секции и поступающей приводит к вытеснению части прореагировавшего навоза. Усреднение массы в следующих секциях и устранение коркообразования осуществляется также с помощью мешалок 8, связанных цепной передачей 9 с приводом 5 винтового конвейера 3.

Степень активности биомассы снижается по мере удаления секции от узла загрузки. При этом за счет увеличения размеров секций объем выделяющегося газа в каждой секции остается постоянным. Накапливающаяся сброженная масса удаляется винтовым конвейером 4 узла выгрузки, работающим от привода 6, в сборник шлама 18. По мере подъема в винтовом конвейере 4 сброженная масса отжимается, при этом часть жидкости, которая через перфорации в кожухе поступает в герметичную емкость 16, подают в водонагревательный котел 21, где подогревают до требуемой температуры, и массонасосом 22 перекачивают в узел загрузки.

Газ, выделяющийся в секциях 2 реактора 1, собирают в колоколообразном сборнике 7 и отводят в газгольдер 19, из него часть газа идет потребителю, а часть попадает в горелки 20 водонагревательного котла 21 для подогрева циркулирующей жидкости. Сборник газа 7 выполнен плавающим, что предохраняет реактор 1 от повышения давления и проникновения атмосферного воздуха в биомассу.

В настоящее время разработаны рабочие чертежи биогазовой установки, внедрение которой планируется на фермерских хозяйствах Республики Татарстан.

Таким образом, перемешивание и подогрев навоза до температуры биомассы в реакторе позволит по сравнению с прототипом обеспечить однородность субстрата и увеличить концентрацию активной биомассы анаэробов.

Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, включающая многосекционный реактор, дно которого имеет уклон от узла загрузки к узлу выгрузки, последние выполнены в виде конвейеров с приводами, мешалки, длина лопастей которых превышает уровень биомассы, расположенные в каждой секции реактора и кинематически связанные с приводом узла загрузки, газгольдер, отличающаяся тем, что она снабжена массонасосом и водонагревательным котлом с газовыми горелками, сообщенными с газгольдером, узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и вала со спиралью, вал конвейера узла загрузки выполнен полым и перфорированным, а кожух конвейера узла выгрузки снабжен герметичной цилиндрической емкостью, установленной выше уровня биомассы и образующей с ним кольцевую полость, сообщенную с полостью вала конвейера узла загрузки через водонагревательный котел и массонасос, при этом в месте расположения емкости кожух выполнен перфорированным.