БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Номер документа 3320160009

РУБРИКА:
11. Использование вторичных ресурсов

РУБРИКА ГРНТИ:
44. ЭНЕРГЕТИКА

АТРИБУТЫ:
Отрасли: сельское хозяйство
Тепловая энергия: теплопроизводство
Электрическая энергия:
Виды топлива: газообразное
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: 134394
Автор (принявший орган): Логинов Евгений Васильевич, 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87
Дата:
Регион: Владимирская область
Источник информации: www.sci.vlsu.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

 

Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов относится к устройствам для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов и может быть использована на животноводческих и птицеводческих фермах для переработки органических отходов, а также для переработки отходов производства продуктов питания, на сельских усадьбах и дачных участках. Установка анаэробного сбраживания органических отходов содержит герметичный резервуар с куполом и наклонным днищем. Внутри резервуара расположены внутренняя и внешняя камеры сбраживания, патрубки подвода разжиженных органических отходов, отвода сброженной массы и патрубок отвода биогаза. Внутренняя камера выполнена изолированной от внешней и расположена соосно внутри нее непосредственно на днище резервуара. Внутренняя камера сообщена с внешней камерой через сепаратор и систему трубопроводов, соединенных с камерами и сепаратором. Для глубокой диспергации органических отходов на входе установки установлен гидродинамический кавитатор, после отходы с помощью патрубка поступают во внутреннюю камеру. В систему трубопроводов установки входят: трубопровод отвода биогаза в потребителям - например газгольдер, патрубок для подачи исходных органических отходов в кавитатор, патрубок для подачи отходов, обработанных в кавитаторе, во внутреннюю камеру, патрубок для подачи к барботеру во внутренней камере с помощью компрессора смеси летучих жирных кислот из сепаратора и биогаза, поступающего через дроссельный клапан из трубопровода с биогазом, патрубок для подачи биогаза, подключенный к трубопроводу с биогазом и к барботеру во внешней камере, трубопровод для подачи из внутренней камеры субстрата после фаз гидролиза и кислотогенеза в сепаратор для отделения летучих жирных кислот от густой массы и патрубок для подачи густой массы, отделенной от летучих жирных кислот в сепараторе, во внешнюю камеру самотеком, а также трубопровод для отвода эффлюента из внешней камеры в хранилище органических удобрений. Также в установку входят подогреватель субстрата, система насосов и система автоматического управления установкой с комплектом датчиков КИПа. Полезная модель обеспечивает уменьшение длительности сбраживания органических отходов и повышение производительности по выходу биогаза и повышение содержания метана в биогазе, а также повышение надежности и устойчивости всей конструкции биогазовой установки.
Техническим результатом предлагаемой установки анаэробного сбраживания органических отходов является уменьшение длительности сбраживания органических отходов и повышение производительности, повышение концентрации метана в биогазе, а также повышение устойчивости и надежности конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, содержащая герметичный резервуар с куполом и днищем, внутри которого расположены соосно внутренняя и внешняя камеры сбраживания, а также патрубок подвода разжиженных органических отходов, подключенный к внутренней камере, при этом сама камера выполнена изолированной от внешней камеры, расположена внутри нее, и соединена с внешней камерой через систему патрубков, состоящую из патрубка, соединяющего внутреннюю камеру с гидравлическим насосом, который в свою очередь подключен с помощью патрубка к сепаратору, в котором осуществляется отделение летучих жирных кислот (ЛЖК) от субстрата, образовавшегося после фаз гидролиза и кислотогенеза, и который имеет два выхода, первый из которых с помощью патрубка соединен с компрессором, который в свою очередь с помощью другого патрубка соединен с внутренней камерой, а второй выход сепаратора соединен с внешней камерой патрубком, через который густой субстрат поступает самотеком во внешнюю камеру, а также в систему трубопроводов входят трубопровод для отвода сброженной массы (эффлюента), подключенный к выходу внешней камеры, и трубопровод отвода генерируемого биогаза, подключенный через редукционный клапан и патрубок к куполу резервуара, а другим концом - к потребителю биогаза, дополнительно содержит гидродинамический кавитатор, соединенный с источником разжиженных органических отходов и с патрубком, подключенным к внутренней камере, установленной непосредственно на днище резервуара, выполненное наклонным, а также дополнительно добавлены патрубок, подключенный к трубопроводу с биогазом и через дроссельный клапан подключен к входу компрессора, где биогаз смешивается с ЛЖК, и который через патрубок подключен к барботеру, установленному на дне внутренней камеры биогазовой установки, и кроме того дополнительно установлен патрубок, подключенный к трубопроводу, отводящего биогаз, и барботеру, установленному на дне внешней камеры.
На фиг.1 приведен общий вид установки в разрезе, на фиг.2 представлен вид в разрезе сверху.
Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов представляет собой герметичный резервуар 1 с куполом 2 и наклонным днищем 3, внутри которого расположены соосно и изолированы друг от друга внешняя камера 4 и внутренняя камера 5. Для подачи во внутреннюю камеру 5, в которой осуществляется фаза кислотогенеза свежих разжиженных органических отходов, установлен патрубок 6. Из внешней камеры 4 эффлюент удаляют по трубопроводу 7. Отвод биогаза осуществляют по патрубку 8, который подключен к редукционному клапану 9. Внутренняя камера 5 с помощью патрубка 10 соединена с сепаратором 11.Патрубок 12 соединяет сепаратор 11 с внешней камерой 4 и через него осуществляется подача густой массы во внешнюю камеру 4. С помощью дроссельного клапан 13 производят забор биогаза через патрубок 14 и направляют его с помощью компрессора 15 во внутреннюю камеру 5 по патрубку 16.Движение густой массы по патрубку 10 к сепаратору 11 осуществляют насосом 17. Для диспергации подаваемых разжиженных органических отходов на входе установки к патрубку 6 подключен гидродинамический кавитатор 18. Снизу во внешней камере 4 и внутренней камере 5 установлены люки 19 и 20, соответственно, для периодической очистки камер как от неразложившихся осевших органических веществ, так и от осадков неорганических включений (песок, гравий, металл и др.). Для подачи образующегося биогаза для дальнейшего использования непосредственно к редукционному клапану 9 подключен компрессор 21, который подает образующийся биогаз через патрубок 22 во внешнюю камеру 4 биогазовой установки, а также через трубопровод 23 в газгольдер (на схеме не показан). На дне внутренней камеры 5 к патрубку 16 подключен барботер 24, а на дне внешней камеры 4 установлен барботер 25, подключенный к патрубку 22.
Установка анаэробного сбраживания органических отходов работает следующим образом.
Предварительно нагретые разжиженные органические отходы с исходной влажностью под напором подаются на вход кавитатора 18, а затем с помощью патрубка 6 подаются во внутреннюю камеру 5, куда также подают по патрубку 16 смесь ЛЖК из сепаратора 11 и биогаза, поступающего по патрубку 14 через дроссельный клапан 13 и компрессор 15. Из внутренней камеры 5 субстрат после фаз гидролиза и кислотогенеза с помощью насоса 17 по патрубку 10 подают в сепаратор 11 для отделения ЛЖК от густой массы. Отделенная от ЛЖК густая масса поступает во внешнюю камеру 4 по патрубку 12 самотеком. Образовавшийся биогаз отводят по патрубку 8, который установлен на куполе 2, тогда как величина избыточного давления биогаза и величина его вакуума регулируется редукционным клапаном 9. Сброженная масса - эффлюент отводится по трубопроводу 7 в хранилище органических удобрений (на схеме не показано). Для перемешивания субстрата во внешней камере используется биогаз, подаваемый компрессором 21 через патрубок 22 и барботер 25. Очистка камер от неразложившихся веществ осуществляется через люки 19 и 20, и если при работе биогазовой установки совместно с разжиженными органическими отходами в него поступили ингибиторы процесса сбраживания (антибиотики, бытовая химия, токсичные вещества и др.), которые приводят к замедлению процесса сбраживания и сокращению выхода биогаза, необходимо остановить работу установки промыть камеры сбраживания. Для этого нужно опорожнить внешнюю камеру 4 и внутреннюю камеру 5, открыть запорно-регулирующую арматуру на патрубке 6, а затем пустить воду и промыть эти камеры.
Подача смеси ЛЖК и биогаза по патрубку 16 ко дну внутренней камеры 5, где происходит выпуск этой смеси через барботер 24, что обеспечивает эффективное перемешивание сбраживаемой массы во внутренней камере 5, создает в ней постоянно «кипящую» поверхность жидкости, препятствуя тем самым образованию «корки». Регулирование температурного режима во внутренней камере обеспечивается температурой воды, необходимой для разжижения отходов на входе в патрубок 6. Температурный режим во внешней камере 4 поддерживается за счет теплообмена через разделительную стенку внешней 4 и внутренней 5 камер.
Для периодического или постоянного контроля значений pH в патрубках 6, 12 и 10, а также в трубопроводе 7 и во внутренней 5 и внешней 4 камерах установлены датчики pH, взаимодействующие с программным пультом управления и кранами-регуляторами (на схеме не показаны). Для отбора проб по замеру значений pH в лабораторных условиях и переносными pH-метрами рядом с датчиками или вместо них могут быть установлены ручные краны-пробоотборники.
Устройства для нагревания субстрата, теплоизоляции и грозозащиты биогазовой установки, установка контрольно-измерительных приборов на фигурах не показаны, так как их выполнение возможно во многих вариантах.
Установление задаваемого значения pH сбраживаемой в установке массы обуславливается, в том числе, необходимостью обеспечения более полного эффекта гарантированного обеззараживания сбраживаемых отходов от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков, что более полно достигается в кислой среде сбраживания, устанавливаемой во внутренней камере 5 установки при широком диапазоне температур анаэробного сбраживания.
Переработка отходов осуществляется следующим образом. Разжиженная смесь свежих органических отходов после обработки в гидродинамическом кавитаторе 18 вводится под напором во внутреннюю камеру 5, где смешивается с находящейся в камере сбраживаемой массой и обсеменяется активным симбиозом микроорганизмов. Подача смеси ЛЖК и биогаза по патрубку 16 к барботеру 24 и обсеменение активным симбиозом микроорганизмов обеспечивает более быстрое расщепление (гидролиз) трудносбраживаемых составляющих отходов (гемицеллюлоза, целлюлоза, лигнин и другие полисахариды, белки, жиры), тогда как образуемые при этом ЛЖК и аминокислоты отбираются в сепараторе 11 перед подачей во внешнюю камеру 4. Во внешней камере 4 преимущественно симбиоз метаногенерирующих микроорганизмов завершает ацетогенную и метаногенную фазы анаэробного брожения с выделением биогаза. Одновременно, благодаря отделению ЛЖК, которые являются ингибиторами метаногенеза, сокращается время сбраживания органических отходов и увеличивается производительность установки, также повышается концентрация метана в образующемся биогазе.
Применение гидродинамического кавитатора 18 позволяет существенно уменьшить размеры частиц перерабатываемых отходов, увеличить их суммарную поверхность и тем самым позволяет резко повысить скорость реакций гидролиза и кислотогенеза, уменьшить время пребывания перерабатываемых отходов во внутренней камере, повысить производительность установки по выходу биогаза.
 
 Подключение патрубка 22 к барботеру 25 позволяет осуществить активное перемешивание субстрата во внешней камере 4, повысить активность анаэробов и, в итоге, повысить концентрацию метана в генерируемом биогазе.
Установка внутренней камеры 5 непосредственно на наклонном днище 3 внешней камеры 4 повышает устойчивость и надежность всей конструкции биогазовой установки.