МЕТАНТЕНК

Метантенк предназначен для переработки и обезвреживания жидких органических сельскохозяйственных отходов и осадка сточных вод в коммунальном хозяйстве, и может быть использован для получения биогаза и биоудобрений.
Известна конструкция вакуум-метантенка (описание конструкции содержится в книге Л.И. Гюнтера, Л.Л. Гольдфарба, «Метантенки» Москва, «Стройиздат», 1991 год, страница 59), который содержит вертикальный корпус, систему подачи осадка в верхней части корпуса, соединенную со смесительной камерой, через которую осадок подается во внутреннюю часть вертикального корпуса, трубопровод к вакуум насосу и трубопровод для отсоса биогаза, установленные в верхней части вертикального корпуса, трубопровод для выпуска сброженного осадка смонтированный на боковой поверхности вертикального корпуса. Недостатком данного вакуум метантенка при переработке отдельных видов органических отходов является сложность поддержания требуемой температуры во всем внутреннем объеме корпуса метантенка. Известна конструкция метантенка включающая технологическую схему фирмы «Альфа-Лаваль» процесса мезофильного сбраживания и обеззараживания осадка (описание технологической схемы содержится в книге Л.И. Гюнтера, Л.Л. Гольдфарба, «Метантенки» Москва, «Стройиздат», 1991 год, страница 61). Мезофильно сброженный осадок проходит три ступени теплообменников. На первой ступени этот осадок подогревается с использованием теплоты обеззараженного, пастеризованного осадка с 32 до 52 градусов Цельсия. На второй ступени осуществляется догрев этого осадка до 80 градусов Цельсия с помощью горячей воды. Затем осадок вводится в трубчатый змеевик, где выдерживается для пастеризации в течении 5 минут. Пастеризованный осадок после пропуска через теплообменник охлаждается до 55 градусов Цельсия и подается на механическое обеззараживание. При этом возможно более глубокое использование теплоты этого осадка путем установки дополнительного теплообменника-рекуператора осадка. Недостатком данной технологической схемы является возможность образования наростов и загрязнений во внутренней части змеевика и определенная сложность его дальнейшей очистки от загрязнений.
Известен способ получения биогаза (описание изобретения содержится в Патенте РФ № RU 2534243 С1), в котором, органический субстрат, навоз, предварительно обработанный, доведенный до влажности 92 процента, путем добавления воды, измельчают, вводят катализатор, в качестве смеси ферментов используют четырехкомпонентную смесь, содержащую четыре класса ферментов протеазу, амилазу, липазу и целлюлазу в их массовом соотношении 3,2:0,3:15,6:1,0, смесь ферментов вводится в количестве 0,01 г/кг массы сухого органического субстрата, а сбраживание проводится в анаэробной среде. При этом, ферменты расщепляют питательные вещества на более мелкие частицы, облегчая их усвояемость метаногенерирующими бактериями для улучшения их жизнедеятельности, результатом которой является получение биогаза с более высоким содержанием метана. Представлены экспериментальные данные показывающие, что при соблюдении требуемых режимов сбраживания возможно использование смеси ферментов для увеличения объемов выхода метана из органического субстрата.
Известен способ двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов (описание изобретения содержится в Патенте РФ № RU 2349556 С1), включающий предварительный нагрев свежих отходов в теплообменнике, и их дальнейшую подачу во внутреннюю и внешнюю камеры метантенка для осуществления фаз кислотогенеза и метаногенеза с выходом горючего биогаза и органических удобрений. При этом, кислотогенез осуществляют во внутренней камере метантенка, затем производят отделение летучих кислот от густой массы сепарированием, и далее летучие кислоты нагнетают в необходимом количестве во внутреннюю камеру метантенка, а густую фазу направляют во внешнюю камеру для осуществления метаногенеза. В способе также предусмотрена возможность задержки во внутренней камере кислотогенеза некоторого количества сброженной массы в необходимом количестве для активного размножения кислотообразующих бактерий в фазе кислотогенеза.
Известен способ переработки органических отходов (описание изобретения содержится в Патенте РФ № RU 2014313 С1), включающий двухстадийное кислотное и щелочное анаэробное сбраживание органических отходов с образованием биогаза при барботаже газом отходов на щелочной стадии сбраживания, отличающийся тем, что барботаж производят извлеченным из биогаза диоксидом углерода. При этом, температура диоксида углерода может выбрана в диапазоне от 27 до 60 градусов Цельсия и отходы могут быть барботированы диоксидом углерода, извлеченным из биогаза, и на кислотной стадии сбраживания.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является установка для разложения отходов животноводства и получения метана (описание изобретения содержится в Патенте РФ № RU 2017811 С1), содержащая отстойник, биореактор и систему циркуляции среды, включающую трубопроводы для сбраживаемой массы и газа, в которой, с целью повышения выхода метана за счет более полного сбраживания. Биореактор разделен по высоте поперечной перегородкой на две части. Верхнюю, включающую сообщающиеся камеры кислого и щелочного брожения и перфорированное днище, расположенное над перегородкой с образованием между ними полости для сбора иловой воды. Нижнюю для метанового брожения, содержащую расположенные одна над другой сообщающиеся переточными трубами секции со сплошными и сетчатыми днищами. При этом, сборник иловой воды сообщен патрубками с нижней частью биореактора для метанового брожения, а полости под сетчатыми днищами секций соединены трубопроводом с газовыми полостями камер кислого и щелочного брожения для отвода из них газа. Недостатком данной установки является сложность поддержания и регулирования температуры и давления во всей сбраживаемой массе внутри биореактора.
Техническое решение, учитывающее известные, вышеперечисленные способы переработки и сбраживания органических отходов, и направленное на устранение недостатков вышеперечисленных конструкций, представлено в настоящей полезной модели. Задача, решаемая в рамках настоящей полезной модели, увеличение выхода конечной продукции, топливного биогаза и биоудобрений. Техническим результатом полученным при решении данных задач является устройство, метантенк, в котором предусмотрены оптимальные режимы анаэробного сбраживания отходов. При этом, метантенк включает корпус с поверхностной теплоизоляцией, открывающиеся в горизонтальном направлении технические двери на петлях с поверхностной теплоизоляцией, задвижками, или замковыми механизмами и качественно закрепленной боковой резинотехнической изоляцией, с системой циркуляции среды включающей соединенные с корпусом магистральные и распределительные трубы для сбраживаемой массы и отвода образуемого биогаза, с закрепленной внутри корпуса технической перегородкой и отличающийся тем, что техническая перегородка установлена под углом к горизонтальной плоскости и образует внутри корпуса, расположенный выше технической перегородки рабочий резервуар, и расположенный ниже технической перегородки лоток для подачи газовой среды и откачки жидкой среды, при этом внутри технической перегородки установлены шаровые краны, которые посредством регулировки их подвижных частей, обеспечивают режим подачи и перекачки жидких и газообразных сред и необходимый температурный режим.
Качественная регулировка температурных режимов и режимов подачи и перекачки жидких органических, микробиологических и газообразных сред также позволяет компоновать систему из нескольких метантенков, устройство которых соответствует предложенной полезной модели, где каждый метантенк, реализует отдельные циклы сбраживания. Например, согласно данным представленным в Патенте РФ № RU 2017811 С1, в установке, при разложении отходов животноводства и получения метана используются камеры кислого и щелочного брожения. Сходный результат может получен при объединении и создании единой системы из трех взаимосвязанных между собой метантенков, соответствующих предложенной полезной модели, в которых могут быть последовательно реализованы циклы кислого, щелочного и метанового брожения. При этом, в данной системе появляется возможность быстрой регулировки, в рамках технических требований, как температурных режимов, так и режимов подачи и перекачки жидких органических, микробиологических и газообразных сред.
На Фиг. 1, изображен метантенк, вид сверху.
На Фиг. 2, изображен метантенк, в вертикальном разрезе А-А.
На Фиг. 3, изображен метантенк, в вертикальном разрезе Б-Б.
На Фиг. 4, изображена техническая перегородка, с установленной на ней, системой шаровых кранов, являющаяся частью разреза Б-Б,
увеличенная в 2,5 раза по сравнению с Фиг. 3, на которой также представлен разрез Б-Б.
Для качественной переработки различных видов осадков сточных вод и ожиженных сельскохозяйственных отходов в метантенке, с получением больших объемов качественного сырья в виде топливного биогаза и сельскохозяйственных удобрений необходимо создание оптимальных режимов анаэробного сбраживания отходов и соответственно специализированных аппаратов, метантенков, реализующих данные режимы сбраживания. Согласно справочным данным представленным в технической литературе (Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфарб, «Метантенки» Москва, «Стройиздат», 1991 год) первые исследования возможности использования метанового сбраживания для обработки жидких органических отходов относятся к концу прошлого века, а первые обогреваемые метантенки были введены в эксплуатацию в Германии, США и Англии в 1925 году и примерно в это же время в СССР. С тех пор эти сооружения получили широкое распространение за рубежом на очистных сооружениях разной производительности. Биохимия и микробиология анаэробных процессов образования метана сложнее, чем аэробных, метановое сбраживание представляет собой процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, в основном метана и углекислого газа, в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях. При оптимальных условиях эти газы могут образовываться в количестве, равном 90-95 процентов биологически распавшегося органического вещества. Остальные 5-10 процентов расходуются на воспроизводство бактериальных клеток. При полной деструкции органического вещества происходит его разложение воду и водяной пар, метан, углекислый газ, и аммиак и иные фракции массовый состав которых зависит от химического состава перерабатываемых органических отходов. Анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанных стадии. Первую стадию, ферментативного гидролиза нерастворенных сложных органических веществ, с образованием более простых растворенных веществ. Вторую стадию, кислотообразования, с выделением короткоцепочечных летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа, упрощенно кис лото генную стадию. Третью ацетогенную стадию превращения летучих жирных кислот, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту, диссоциирующую на анион ацетата и катион водорода. Четвертую, метаногенную стадию, образования метана из уксусной кислоты, а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа. В случае если первые две стадии объединить в одну, то процесс может быть также представлен как трехстадийный.
В процессе анаэробного сбраживания участвуют пять групп бактерий. Так бактерии, представленные в основном родами Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas, Clostridium и другие, участвуют в первой стадии ферментативного гидролиза и кислотообразования. Бактерии выделяют в среду биологические катализаторы, экзоферменты, при участии которых и осуществляются гидролиз и перевод твердых нерастворимых соединений в растворенное состояние. Скорость гидролиза зависит от природы органических веществ и условий его проведения, с учетом необходимости выработки достаточного количества ферментов, создания условий для их контакта с органической составляющей перерабатываемых отходов, и требований, создания оптимальных температур и значений рН. Поскольку последующие стадии анаэробного сбраживания не могут начаться, пока не произойдет гидролиз, и твердые нерастворенные вещества не перейдут в жидкую фазу, общая скорость процесса может лимитироваться стадией гидролиза.
Вторая, кислотогенная стадия осуществляется группами гетерогенных микроорганизмов, для которых углерод перешедший в раствор простых органических соединений является источником питания. При этом, примерно 20 процентов органических веществ исходного осадка превращаются в уксусную, 15 процентов в пропионовую и 65 процентов в другие промежуточные соединения. Стадия кислотообразования обычно не лимитирует последующие стадии сбраживания, поскольку осуществляющие ее бактерии неприхотливы и растут с высокой скоростью. Но интенсивно протекающие стадии гидролиза и кислотообразования, общая продолжительность которых составляет около 7 часов, могут привести к накоплению летучих кислот и снижению рН, что часто является прямой причиной подавления роста бактерий последующих стадий процесса.
2
3
2
Третья, ацетогенная стадия может в том числе осуществляется двумя группами ацетогенных бактерий. Первая группа образует ацетат, соединение эфира, или соли уксусной кислоты с выделением водорода Н из растворимых продуктов предшествующей стадии кислотообразования. Вторая группа ацетогенных бактерий приводит к образованию уксусной кислоты СНСООН путем использования водорода для восстановления углекислого газа CO.
На четвертой, метаногенной стадии метановые бактерии образуют метан двумя путями, путем расщепления ацетата, с получением на конечной стадии расщепления метана и углекислого газа, и путем восстановления углекислого газа водородом, с получением на конечной стадии метана и воды. В процессе могут участвовать пять основных групп метановых бактерий, различающихся морфологически Methanococcus, Methanobacterium, Methanospirillum, Methanotrix и Methanosarcina. В зависимости от рН, продолжительности сбраживания и температуры преобладает одна из них. Метановые бактерии строгие анаэробы и весьма чувствительны к присутствию в среде растворенного кислорода и нитратов. Источниками углерода для метановых бактерий являются ацетат-ион и углекислый газ, источником энергии служит водород, главным источником азота, аммиак, а источником серы, сульфиды, хотя могут быть также цистеин и сульфаты. Метаногены испытывают также потребность в различных микроэлементах таких как никель, калий, натрий, кальций, магний, кобальт, медь, бор, цинк, молибден, причем некоторые из них в высоких концентрациях могут быть весьма токсичными.
Таким образом, анаэробное разложение органических веществ осуществляется сообществом микрооганизмов, составляющих трофическую цепь первичных и вторичных анаэробов. Первичные анаэробы осуществляют стадии гидролиза и кислотообразования, вторичные стадии ацетогенеза и метаногенеза. Для них питательные и энергетические субстраты образуются на предшествующих стадиях в результате деятельности первичных анаэробов.
Основными технологическими параметрами, направленное изменение которых может существенно повысить эффективность процесса сбраживания, являются температура, время пребывания осадка в метантенке, или продолжительность сбраживания, нагрузка по органическому, сухому беззольному веществу, концентрация загружаемого осадка, а также режим загрузки органических отходов в метантенк. Одним из важнейших факторов, влияющих на скорость роста микроорганизмов и основные биохимические реакции, является температура. Диапазон температур, при котором возможно анаэробное сбраживание, довольно широк, в природе метан образуется при температурах от 0 до 97 градусов Цельсия. Различают три основные температурные зоны жизнедеятельности микроорганизмов. Психрофильная зона с температурой до 20 градусов Цельсия. Мезофильная зона с температурой от 20 до 40 градусов Цельсия. Термофильная зона с температурой от 50 до 70 градусов Цельсия. В каждой зоне биохимические процессы осуществляет своя специфическая ассоциация микроорганизмов.
Оптимальными температурами для анаэробного метанового сбраживания согласно (Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфарб, «Метантенки» Москва, «Стройиздат», 1991 год) считаются следующие, для психрофильной зоны от 15 до 17 градусов Цельсия, для мезофильной от 33 до 35 градусов Цельсия, для термофильной от 53 до 55 градусов Цельсия. Однако имеются данные, что температурные оптимумы при сбраживании различных органических субстратов сдвигаются на несколько градусов в сторону уменьшения, или увеличения.
В процессе сбраживания микроорганизмы адаптируются к заданному температурному режиму. Например, при переходе из мезофильного режима в термофильный, адаптация обычно заканчивается за время от 10 до 20 суток, благодаря тому, что мезофильное биологическое сообщество всегда включает некоторое количество, не менее 10 процентов, термофильных микроорганизмов. При этом, процесс брожения необходимо осуществлять при оптимальном температурном режиме, даже кратковременное нарушение которого, особенно в сторону снижения температуры, приводит к торможению стадии метаногенеза, поскольку, метановые бактерии являются весьма чувствительными организмами. При изменении температурного режима также могут активно проходить стадии гидролиза и кислотообразования, осуществляемые более устойчивыми гидролитическими микроорганизмами, что приводит к накоплению кислот и других промежуточных продуктов, нарушению, трофических связей в микробном консорциуме и процесса сбраживания в целом.
Степень влияния кратковременного снижения, или повышения температуры на показатели процесса сбраживания зависит от реализуемого в метантенке температурного режима. При этом, чем выше температура сбраживания, тем меньше допустимые пределы ее колебаний. При температуре внутри метантенка 38 градусов Цельсия допустимое колебание температуры может составлять, плюс-минус 2,8 градуса Цельсия, а при температуре внутри метантенка 54 градуса Цельсия допустимое колебание температуры может составлять, плюс-минус 0,3 градуса Цельсия. Снижение температуры с 50 до 40 градусов Цельсия в течение 2 суток с последующим повышением на 5 градусов Цельсия приводит к снижению выхода биогаза на 11 процентов, а если указанное снижение температуры происходит в течение 5 суток, то выход газа полностью прекращается. Понижение температуры с 50 до 20 градуса Цельсия в течение 2-5 суток ведет к полному прекращению газовыделения. При переработке некоторых видов органических отходов, повышение температуры с 38 до 60 градусов Цельсия в течение 12 часов, с последующим восстановлением первоначальной температуры полностью останавливает газовыделение, в том числе выделение метана, которое вновь возобновляется лишь на восемнадцатые сутки. Поэтому при нарушении температурного режима работы метантенков и появлении первых признаков нарушения процесса таких как, уменьшение газовыделения, уменьшение содержания в газе метана, повышение содержания в иловой воде летучих жирных кислот, необходимо снижать дозу загрузки метантенка и соответственно производительность.
С учетом того что, при температуре процесса ниже 30 градусов Цельсия несколько снижается содержание метана в газе, а при более высокой температуре такого явления не наблюдается, значительное практическое применение, особенно в регионах с умеренным климатом, нашли два температурных режима, при которых переработка органических отходов требует меньше времени и сопровождается большим выделением метана. Мезофильный, протекающий при температурах от 32 до 35 градусов Цельсия и более энергоемкий, но реализуемый с большей скоростью и производительностью, термофильный, протекающий при температурах от 52 до 55 градусов Цельсия. Необходимо отметить, что использование термофильного режима, также существенно снижает санитарно-гигиеническую опасность осадка и требует меньших объемов метантенков. Суммируя основные факторы, влияющие на процесс мезофильного и термофильного сбраживания в метантенках, можно сделать следующие выводы. Эффективность процесса сбраживания в сообществе бактерий зависит не только от деятельности организмов, участвующих в реакции сбраживания, но и от жизнедеятельности бактерий, потребляющих продукты этой реакции. Бактерии, работающие на разных стадиях, имеют свои морфологические и физиологические особенности, выражающиеся в разных скоростях роста, высокой чувствительности к качеству питательной среды, и температурному режиму. Все это играет большую роль в создании сбалансированной, хорошо работающей системы, и требует быстрой и качественной регулировки температурных режимов и режимов подачи и перекачки жидких органических, микробиологических и газообразных сред во всем рабочем объеме метантенка.
Метантенк, предназначенный для мезофильной и термофильной переработки сельскохозяйственных отходов и осадков сточных вод, с быстрой и качественной регулировкой температурных режимов и режимов подачи и перекачки жидких органических, микробиологических и газообразных сред во всем рабочем объеме сбраживаемых отходов, представлен на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, и Фиг. 4. Метантенк согласно Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, содержит, внутренний армирующий корпус и внешнюю поверхностную теплоизоляцию 1, закрепленные на армирующем корпусе, петельные механизмы 2, установленные на петельных механизмах 2, технические герметичные, теплоизолирующие двери на петлях 3, закрепленные на технических дверях 3, задвижки, или замковые механизмы 4, расположенные вдоль боковой поверхности технических дверей, гидроизоляционные, теплоизоляционные резинотехнические прокладки 5, электродвигатели с зубчатым шкивом 6, которые схематично представлены и обозначены на Фиг. 1, Фиг. 3. и Фиг. 4, магистральную трубу для отвода газа 7, находящуюся ниже корпуса 1, горизонтальную металлическую решетку, с маленькими прозорами 8, магистральную трубу для подачи и откачки жидких отходов 9, соединенные с магистральной трубой 9, и корпусом 1, распределительные трубы для жидких отходов 10, магистральную трубу для подачи жидких отходов 11, находящуюся ниже металлической решетки, с маленькими прозорами 8, трубу для откачки жидких стоков 12, соединенные с корпусом 1, трубы для подачи пара, газа, или воды 13, соединенный с трубой для откачки жидких стоков 12, резервуар для сбора жидких стоков 14, находящуюся на одном уровне с металлической решеткой, с маленькими прозорами 8, подъездную площадку и площадку для выгрузки 15, находящийся между металлической решеткой, с маленькими прозорами 8, и резервуаром для сбора жидких стоков 14, желоб для сбора жидких стоков 16, установленную под углом к горизонтальной плоскости и закрепленную на корпусе 1, техническую перегородку 17, находящиеся внутри технической перегородки 17, подвижные, вращающиеся части шаровых кранов 18, предназначенный для подачи пара, или газа и откачки жидкости, лоток 19, теплоизолированную, нижнюю часть лотка 20, внутренний, рабочий резервуар метантенка 21, соединенные с лотком 19, сливные отверстия со сливными затворами 22, соединенные с магистральной трубой 11, и корпусом 1, распределительные трубы 23, соединенные с корпусом 1, и магистральной трубой для отвода газа 7, трубы для отвода газа 24, цепную, или зубчато-ременную передачу 25, закрепленные на корпусе 1, цилиндрические, зубчатые ролики 26, соединенные с помощью цепной, или зубчато-ременной передачи 25, с электродвигателями с зубчатым шкивом 6, образующие единую систему вращения, соединенные с подвижными, вращающимися частями шаровых кранов 18, и с цилиндрическими, зубчатыми роликами 26, цилиндрические стержни 27, технический дверной проем 28, видимые в сечении В-В элементы шаровых кранов 29.
Для пояснения вертикального разреза В-В, на Фиг. 4, в увеличенном 2,5 раза, по сравнению с Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3 масштабе, также отдельно представлена часть разреза В-В, содержащая следующие, не указанные на Фиг. 2 и Фиг. 3, элементы, закрепленные на технической перегородке 17, армирующие продольные пластины 30, расположенные над и под шаровыми кранами, внутри технической перегородки 17, вертикальные отверстия для прохода пара, или газа 31, закрепленные на технической перегородке 17, неподвижные части шаровых кранов 32, закрепленные на боковой поверхности корпуса 1, подшипники 33, и сальниковые прокладки и цилиндрические фиксаторы 34.
Метантенк работает следующим образом. По магистральной трубе для подачи жидких отходов 11, и распределительным трубам 23, во внутренний, рабочий резервуар метантенка 21, подаются жидкие органические сельскохозяйственные, или коммунальные отходы. После того, как жидкие органические отходы заполняют большую часть, внутреннего, рабочего резервуара метантенка 21, начинается процесс их переработки и сбраживания.
При этом, для прогрева всего объема перерабатываемых отходов, уничтожения микрофлоры, препятствующей процессу сбраживания в заданном режиме, поддержания и регулирования температуры и давления, в лоток 19, по трубе для подачи пара, газа, или воды 13, подается водяной пар, который далее при создании в лотке 19 требуемого, объемного избыточного давления, может при открытии шаровых кранов, путем поворота подвижных, вращающихся частей шаровых кранов 18, подается, барботируется во внутренний, рабочий резервуар метантенка 21. При попадании, во внутренний, рабочий резервуар метантенка, водяного пара, происходит его постепенная конденсация, во всем перерабатываемом объеме жидких органических отходов, с передачей выделенной при конденсации теплоты жидким органическим отходам, сопровождающаяся их быстрым прогревом и запуском требуемых микробиологических процессов. Объем подаваемого пара и регулирование режимов перемешивания пузырьков пара во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка, при барботировании, обеспечивается путем вращения подвижных частей шаровых кранов и изменения размеров вертикальных проходных отверстий между подвижными и неподвижными частями шаровых кранов.
При необходимости плавного прогрева, или охлаждения сбраживаемых жидких органических отходов, находящихся во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка 21, в лоток 19, по трубам для подачи пара, газа, или воды 13, вводятся теплоносители вода или газ, заранее нагретые, или охлажденные до заданной температуры. При этом, на следующем этапе, теплоносители, вода или газ, при создании в лотке 19, требуемого, объемного избыточного давления, и при открытии шаровых кранов, путем поворота подвижных, вращающихся частей шаровых кранов 18, подаются во внутренний, рабочий резервуар метантенка 21. Процесс работы метантека также может предусматривать временные режимы, связанные с быстрым охлаждением перегретых сбраживаемых органических отходов, в которых, из внутреннего, рабочего резервуара метантенка 21, по трубам для отвода газа 24, в течении определенного промежутка времени интенсивно отводится водяной пар и газ, с вакуумированием и общим понижением давления во внутреннем, рабочем резервуаре 21. При понижении давления опускается равновесная температура кипения жидких органических отходов. И далее, в том случае, когда температура жидких органических отходов начнет превышать температуру кипения при пониженном давлении, во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка будет протекать процесс интенсивного парообразования, сопровождающийся быстрым охлаждением жидких органических отходов до нужной температуры. При этом перепад давлений во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка 21, что накладывает дополнительные требования к расположенным вдоль боковой поверхности технических дверей, резинотехническим прокладкам 5, которые должны обладать износостойкостью, теплостойкостью, герметичностью и устойчивостью к боковым внешним и внутренним нагрузкам.
При требованиях, связанных с ускорением и повышением эффективности процесса сбраживания жидких органических отходов, находящихся во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка 21, в лоток 19, в выбранный временной период, по трубам для подачи пара, газа, или воды 13, вводятся жидкие, или газообразные питательные среды, в том числе например, жидкие среды содержащие необходимые ферменты протеазу, амилазу, липазу и целлюлазу (согласно Патенту РФ № RU 2534243 C1). Далее, при создании в лотке 19, требуемого, объемного избыточного давления, жидкие, или газообразные питательные среды, при открытии шаровых кранов, путем поворота подвижных вращающихся частей шаровых кранов 18, подаются во внутренний, рабочий резервуар метантенка 21.
Необходимо также отметить, что техническая перегородка 17, сверху отделяющая лоток 19, от внутреннего, рабочего резервуара метантенка 21, в случае значительных, оказываемых на техническую перегородку 17, внешних и внутренних нагрузок, дополнительно укрепляется с помощью вертикальных стоек, соединяющих, теплоизолированную, нижнюю часть лотка 20 и техническую перегородку 17. Вертикальные стойки, на Фиг. 2, Фиг. 3 и Фиг. 4 не представлены.
При необходимости, в цикле переработки, для ускорения процесса сбраживания во внутренний, рабочий резервуар метантенка через магистральную трубу для подачи и откачки жидких отходов 9, и соединенные с магистральной трубой 9, распределительные трубы для жидких отходов 10, подаются и перемешиваются перерабатываемые жидкие органические отходы и микробиологические среды, ускоряющие процесс сбраживания. Также, на заключительном этапе кислотогенной, ацетогенной, или метаногенной стадии сбраживания по магистральной трубе для подачи и откачки жидких отходов 9, и по соединенным с магистральной трубой 9, распределительным трубам для жидких отходов 10, может осуществляться откачка части жидких микробиологических сред, в целях их сохранения и повторного использования.
Отвод образующегося в процессе сбраживания биогаза обеспечивает, установленная в верхней части внутреннего, рабочего резервуара метантенка 21, магистральная труба для отвода газа 7, и соединенные с ней трубы для отвода газа 24. В случае необходимости отвода из внутреннего, рабочего резервуара метантенка 21, пара и газа, например при реализации циклов понижении давления, охлаждения и термостатирования, перерабатываемых жидких органических отходов находящихся во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка 21, процесс отвода пара и газа также осуществляется по магистральной трубе для отвода газа 7, и соединенным с ней трубам для отвода газа 24. После завершения процесса сбраживания, при необходимости, реализуется процесс частичного обезвоживания сброженной биомассы и удобрений, находящихся во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка, в котором, открываются затворы сливных отверстий 22, и в лоток 19, при повороте подвижных вращающихся частей шаровых кранов 18, под действием гидравлического давления жидкости находящейся в во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка 21, поступают и далее двигаются по нижней, плоской части лотка 20, вытекая через сливные отверстия 22, жидкие стоки. При этом, более плотная сброженная биомасса и удобрения, за счет малых проходных отверстий приоткрытых шаровых кранов, отфильтровывается, оставаясь и обезвоживаясь во внутреннем, рабочем резервуаре метантенка 21. Жидкие стоки, далее вытекая из сливных отверстий 22, поступают в желоб для сбора жидких стоков 16.
Эффективная работа метантенка, во многом зависит от качественного регулирования процесса прохождения газов и жидкостей через шаровые краны и расположенные над и под шаровыми кранами, вертикальные отверстия для прохода пара, или газа 31. При этом, качественное регулирование, включающее необходимый поворот и фиксацию подвижных, вращающихся частей шаровых кранов 18, обеспечивает система барботирования пара и газа, подачи и отвода жидкостей, регулируемая с помощью шаровых кранов. Данная система работает следующим образом. На технической перегородке 17, согласно Фиг. 4, укрепленной армирующими продольными пластинами 30, закреплены в одну линию, на одинаковом расстоянии друг от друга, неподвижные части шаровых кранов 32, внутри которых, вокруг центральной оси, могут вращаться скрепленные между собой цилиндрическими стержнями 27, подвижные, вращающиеся части шаровых кранов 18. Необходимое осевое вращение и фиксация подвижных, вращающиеся частей шаровых кранов 18, обеспечивается электродвигателями с зубчатым шкивом 6, которые передают свое усилие через, установленные на корпусе и вращающиеся, цилиндрические, зубчатые ролики 26, и цепную или зубчато-ременную передачу 25. При этом один электродвигатель с зубчатым шкивом 6, приводит в движение один ряд, соединенных между собой цилиндрическими стержнями 27, подвижных, вращающиеся частей шаровых кранов 18. И поскольку в метантенке может быть установлено' несколько таких рядов, соединенных между собой цилиндрическими стержнями 27, подвижных, вращающиеся частей шаровых кранов 18, и электродвигателей с зубчатым шкивом 6, как это представлено на Фиг. 1 и Фиг. 2, то появляется возможность, регулировать объем и скорость подаваемого во внутренний, рабочий резервуар метантенка 21, пара, газа, или жидкости, отдельно для каждого ряда, состоящего из соединенных между собой цилиндрическими стержнями 27, подвижных, вращающиеся частей шаровых кранов 18. Для обеспечения большей надежности и износостойкости, в месте закрепления цилиндрических, зубчатых роликов 26, на корпусе 1, установлены подшипники 33, обеспечивающие плавное вращение цилиндрических стержней 27, и сальниковые прокладки, обеспечивающие герметичность внутреннего, рабочего резервуара метантенка 21. При этом, сальниковые прокладки фиксируются на корпусе 1, цилиндрическим фиксатором 34, за счет резьбового соединения, или иным способом.
На последнем этапе работы происходит выгрузка из метантенка сброженной биомассы. При выгрузке открываются, установленные на технических дверях 3, задвижки, или замковые механизмы 4, и в горизонтальном направлении раскрываются, технические герметичные, теплоизолирующие двери на петлях 3. Затем сброженная биомасса, по наклонной, верхней поверхности технической перегородки 17, ссыпается и стекает на подъездную площадку и площадку для выгрузки 15, и металлическую решетку, с маленькими прозорами 8. Далее, твердая часть биомассы остается на подъездной площадке и площадке для выгрузки 15, и металлической решетке 8, а жидкие стоки, просачиваются сквозь прозоры решетки, попадают в желоб для сбора жидких стоков 16, и стекают резервуар для сбора жидких стоков 14, откуда откачиваются по трубе на фильтрационную площадку, или в первичный отстойник.
Таким образом представленные в полезной модели, компоновка и режимы работы метантенка позволяют качественно реализовывать функциональные режимы связанные с подачей во внутренний рабочий резервуар метантенка, перерабатываемых жидких, органических отходов и микробиологических сред, ускоряющих процесс сбраживания, откачку части жидких микробиологических сред в целях повторного использования из внутреннего рабочего резервуара метантенка, переработку органических отходов при эффективно регулируемых температуре и давлении, выгрузку сброженных и частично обезвоженных удобрений и отходов. Также имеется возможность получать в результате анаэробного сбраживания органической части отходов, значительные объемы биогаза с метаном, который далее направляется на хранение, на сжигание, в паровой котел, вырабатывающий водяной пар, или в систему иным способом вырабатывающую тепло и электроэнергию.