БИОГАЗОВЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области биоэнергетических технологий и может быть использовано для анаэробной утилизации сельскохозяйственных и органической части твердых коммунальных отходов с получением энергоносителя (биогаза).
Известен биореактор, который содержит цилиндрический корпус с размещенным между загрузочным и разгрузочным устройствами мешальным устройством, снабженным приводом и лопастями, перегородки камер кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, причем последняя через гидравлический затвор сообщена с патрубком отвода метана потребителю, при этом корпус мешального устройства размещен эксцентрично относительно оси корпуса метанореактора, причем внутренняя боковая стенка корпуса мешального устройства снабжена винтовыми выступами, размещенными под углом к винтовым лопастям мешального устройства, а перегородки размещены вдоль оси корпуса метаногенератора и под углом к оси корпуса, при этом днище цилиндра мешального устройства выполнено с радиальными выступами, взаимодействующими с перфорированным днищем корпуса мешального устройства (Патент №2095407, МПК С12М 1/107, опубл. 10.11.1997) - [1].
Недостатком данного метанореактора является низкая производительность установки, вследствие отсутствия теплообменного устройства.
Ближайшим аналогом является биогазовая установка, которая включает в себя реактор, содержащий три концентрично расположенные цилиндрические секции: наружную для проведения мезофильной стадии анаэробного сбраживания биомассы, среднюю для промежуточной стадии и центральную для термофильной стадии анаэробного сбраживания, трубопровод подачи исходной биомассы в наружную секцию, трубопровод отвода полученного удобрения из нижней части центральной секции и систему отбора биогаза из секций. Наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная - в верхней части. Центральная секция снабжена теплообменником для нагревания сбраживаемой массы. Наружная секция содержит перемешивающее устройство в виде крыльчатки (Патент №2404240, МПК С12М 1/107, опубл. 20.11.2010) - [2].
Недостатком установки является низкая производительность по биогазу, неоднородность и низкое качество получаемого удобрения по причине образования застойных зон в реакторе, вследствие неравномерности распределения потока биомассы во всем объеме, и протекания процессов гниения биомассы в застойных зонах.
Технический результат на достижение, которого направлена заявленная полезная модель, заключается в увеличении производительности биогазового реактора по биогазу с одновременным повышением качества и однородности получаемого удобрения.
Указанный технический результат достигается тем, что в биогазовом реакторе для анаэробного сбраживания органических отходов, включающем цилиндрическую емкость с крышкой, где емкость состоит из трех секций, разделенных между собой цилиндрическими перегородками с образованием наружной секции для проведения психрофильной стадии анаэробного сбраживания биомассы, средней секции для мезофильной стадии и центральной секции для термофильной стадии анаэробного сбраживания, снабженной теплообменным устройством, газгольдер, трубопровод для отвода газа, трубопровод подачи биомассы, трубопровод для отвода полученного удобрения, новым является то, что, наружная и средняя секции выполнены с возможностью перетекания биомассы в верхней части, а средняя и центральная - в нижней части, трубопровод подачи биомассы соединен с наружной секцией реактора в его нижней части, в центральной секции установлен вертикальный трубопровод для отвода полученного удобрения с возможностью регулирования уровня и соотношения вводимого и выводимого количества биомассы в реакторе, с входом в верхней части, оснащенным гидрозатвором для предотвращения утечки газа через него, кроме того, по всей площади наружной секции биогазового реактора выше трубопровода подачи биомассы установлена распределительная решетка, представляющая собой перфорированный лист с отверстиями, размер которых увеличивается по мере удаления от трубопровода подачи биомассы.
В биогазовом реакторе крышка реактора выполнена съемной для проведения технического обслуживания и ремонта реактора.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, где приведена конструкция биореактора.
Здесь:
1 - наружная секция биогазового реактора;
2 - средняя секция биогазового реактора;
3 - центральная секция биогазового реактора;
4 - трубопровод подачи биомассы;
5 - трубопровод отвода удобрения;
6 - теплообменное устройство;
7 - распределительная решетка;
8 - гидравлический затвор;
9 - трубопровод для отвода газа;
10 - крышка для проведения технического обслуживания и ремонта;
11 - корпус биогазового реактора;
12 - газгольдер.
Биогазовый реактор для анаэробного сбраживания включает в себя три концентрично расположенные секции 1, 2 и 3. Наружная секция 1 предназначена для проведения психрофильного режима анаэробного сбраживания, средняя секция 2 - для мезофильного режима сбраживания и центральная секция 3 - для термофильного режима анаэробного сбраживания. Наружная секция 1 и средняя секция 2 сообщаются между собой в верхней части биогазового реактора. Средняя секция 2 и центральная секция 3 сообщаются между собой в нижней части биогазового реактора. Конец трубопровода 4 подачи биомассы установлен в нижней части наружной секции 1 ниже уровня распределительной решетки 7, установленной по всей площади наружной секции 1. Вертикальный трубопровод 5 для отвода полученного удобрения установлен в центральной секции 3 с возможностью регулирования уровня и соотношения вводимого и выводимого количества биомассы в реакторе, на нижней части которого установлено теплообменное устройство 6, а над верхней - гидравлический затвор 8. Система сбора биогаза включает газгольдер 12 и трубопровод для отвода газа 9. Крышка 10 выполнена съемной для проведения технического обслуживания и ремонта реактора.
Биомасса подается в наружную секцию реактора 1 через трубопровод подачи биомассы 4, в которой протекает психрофильный режим анаэробного сбраживания. Далее по мере увеличения объема субстрата в наружной части реактора происходит его перетекание в среднюю часть 2, где биодеструкция органических отходов протекает в мезофильном режиме. Центральная часть биогазового реактора 3 предназначена для термофильного режима анаэробного сбраживания. Перетекание субстрата из наружной части 1 в среднюю 2 происходит через верхнюю кромку разделительной стенки. Перетекание массы из средней части 2 в центральную 3 происходит через нижний участок биогазового реактора. Во внутренней секции 3 происходит отвод полученного в результате анаэробного сбраживания удобрения через вертикальный трубопровод 5. Поддержание необходимого температурного режима осуществляется за счет теплообменного устройства 6, установленного на нижней части трубопровода 5. Во избежание утечки биогаза в процессе отвода полученного удобрения верхняя часть трубопровода 5 оснащена гидравлическим затвором 8. Биомасса в процессе подачи в биогазовый реактор проходит через распределительную решетку 7, которая устанавливается по всей площади наружной части биогазового реактора выше уровня трубопровода подачи биомассы 4 и представляет собой перфорированный лист с отверстиями, размер которых увеличивается по мере удаления от трубопровода подачи 4. Данный способ подачи биомассы способствует равномерному распределению биомассы в биогазовом реакторе, что исключает возможность образования застойных зон, способствующих снижению производительности. Получаемый в процессе анаэробного сбраживания биогаз собирается в газгольдере 12 и отводится с помощью трубопровода 9. Для проведения технического обслуживания и ремонта биогазового реактора в конструкции предусмотрена съемная крышка 10.
Таким образом, заявленная полезная модель представляет собой высокоэффективную и простую в эксплуатации конструкцию, которая увеличивает производительность с одновременным повышением качества получаемого удобрения за счет равномерного распределения биомассы в биогазовом реакторе и предлагаемой системы подачи и отвода биомассы. Данная система устраняет необходимость подсчета соотношения вводимого и выводимого субстрата, поскольку в данном случае количество выводимой массы соответствует количеству подаваемой биомассы.