Установка для переработки отходов сельскохозяйственной промышленности
PLANT FOR THE PROCESSING OF WASTE FROM THE AGRICULTURAL INDUSTRY

Изобретение относится к области сельскохозяйственной промышленности и предназначено для получения биогаза и органических удобрений путем сбраживания органических отходов сельскохозяйственного производства анаэробным способом.
Известен биореактор, содержащий герметичный вертикальный цилиндрический резервуар, снабженный куполом и днищем, имеющими форму усеченного конуса. В резервуаре находится барботажное перемешивающее устройство, включающее спиралевидную перфорированную трубу, расположенную вдоль стен резервуара и днища, а также установленную по центру резервуара вертикальную перфорированную трубу. Витки спиралевидной трубы повторяют форму резервуара и днища. На куполе резервуара установлены загрузочный патрубок для подачи биомассы, датчик давления, патрубок для отвода биогаза, соединенный с трубопроводом выхода биогаза. Последний соединен с газгольдером. В днище резервуара установлен патрубок для выгрузки переработанного субстрата (см. RU №2567649 C1, С12М 1/04, 1/07, C02F 11/04, C05F3/00, В09В 3/00, опубл. 10.11.2015 г.). Однако в связи с отсутствием механического перемешивания биомассы, недостатком данного изобретения является низкий уровень производительности и выработки биогаза. Кроме того, недоступность к перемешивающему устройству из-за отсутствия съемного купола усложняет обслуживание и ремонт устройства, а также сокращает срок службы данного устройства.
Известно устройство биогазовой установки, имеющей барботажное перемешивающее устройство в виде спиралевидной перфорированной трубы (патент RU 2567649 С1, МПК С12М 1/04, С12М 1/107, C02F 11/04, C05F 3/00, В09В 3/00 (2006.01)). Из-за сложности эксплуатации и конструкции барботажного перемешивающего устройства в виде спиралевидной перфорированной трубы, срок службы данной установки относительно невелик.
Наиболее близким техническим решением является (см. пат. RU 144534, B09B 3/00, опубл. 27.08.2014), прямоточная биогазовая установка, содержащая блок подготовки исходного сырья, последовательно связанные с ним емкость для ацидогенной обработки субстрата, ферментер, выходной коллектор, сепарационный блок и блок отделения аммония из жидкой фракции. Ферментер выполнен из композитных материалов, корпус которого имеет установленную горизонтально трубу с тепловой рубашкой, внутри которой установлена связанная с источником газа барботажная система в виде двух систем труб, одна из которых установлена горизонтально в нижней части корпуса, а другая - горизонтально в его боковой внешней части. Сепарационный блок выполнен с возможностью разделения на жидкую и твердую фракции и подачи жидкой фракции в блок отделения аммония, связанный по воде с блоком подготовки исходного сырья. Барботажная система может быть выполнена с возможностью периодической подачи газа через нижнюю трубу. Корпус ферментера может быть выполнен в виде изогнутой трубы, при этом конфигурация труб барботажной системы подобна конфигурации корпуса ферментера, состоящий из корпуса в виде емкости трубчатой формы, выполненной из нержавеющей стали, которая разделена на отдельные секции для брожения.
Недостатками данного устройства, непосредственно влияющих на низкий уровень выработки биогаза, являются сложная конструкция емкости (несколько отсеков брожения) и размещение трубы для барботажного перемешивания субстрата непосредственно в центральной части резервуара (малоэффективное перемешивание органических отходов). Поскольку, в резервуаре образуются области, в которых происходит застой субстрата, процесс выработки газа происходит недостаточно активно.
Все эти установки объединяет один существенный минус - сложность и дороговизна конструкции, используемой для перемешивания субстрата, изготовленной из перфорированной арматуры.
При подборе наиболее подходящего конструктивно устройства для перемешивания рабочего сырья, количество выделяемого газа может увеличиться в несколько раз, так как сам факт перемешивания сбраживаемой массы в биореакторе сопровождается высвобождением биогаза. Равномерное распределение популяции бактерий, предотвращение формирования корки на ее поверхности и осадка, предотвращения формирования пустот и скоплений, которые уменьшают рабочую площадь реактора.
Задачей изобретения является увеличение выработки метана, удешевление и упрощение конструкции биогазовой установки путем полного перемешивания субстрата без использования механических приспособлений.
Сущность изобретения заключается в том, чтоустановка для переработки отходов сельскохозяйственной промышленности, включающая вертикальный резервуар с технологическими патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, патрубок для отвода биогаза, установленное в резервуаре барботажное перемешивающее устройство, представляющее собой спиралевидную перфорированную трубу, отверстия которой выполнены в шахматном порядке, дополнительно включает установленные на опоры по центру резервуара конусообразные конструкции с V-образным выступом на конце, жестко закрепленные между собой и основанием установки, и к резервуару с внешней стороны смонтирован циркуляционный насос для перекачки субстрата в верхнюю зону установки.
Технический результат - улучшение конструкции установки, увеличение срока службы и повышение эффективности при применении данной технологии.
Технический результат достигается за счет того, что в установке для переработки отходов сельскохозяйственной промышленности происходит выделение газа при вакууме, после этого открывается клапан, в биореактор попадает воздух, выкачанный из него заранее, происходит еще более активное перемешивание газа, он идет под собственным давлением в газгольдер, очищается и цикл повторяется.
В установке, имеющей вертикальную герметичную емкость с технологическими патрубками для транспортировки биомассы в реактор, для отвода биогаза, установлено в резервуаре барботажное перемешивающее устройство в виде спиралевидной трубы, расположенной вдоль стен установки. По центру резервуара происходит забор основных масс субстрата, которые с помощью циркуляционного насоса по трубопроводу большого диаметра поступают к куполу установки. В куполе установки имеется устройство веерного типа, которое подает транспортируемую биомассу к верхнему слою от общего объема субстрата, тем самым предотвращая образование корки на верхних слоях. В центре установки в несколько рядов закреплены конусы разного диаметра, с V-образным изгибом металла по краям, тем самым одновременно направляя большие потоки биомассы к всасывающему патрубку, и перемешивая его, одновременно обогащая субстрат кислородом из спирального барботажного устройства.
Особенностью данной установки является расположение по центу перемешивающего устройства конусообразного типа, барботажное устройство для перемешивания субстрата - спиралевидная труба, которая повторяет форму резервуара. Кроме того, расположение всасывающего патрубка циркуляционного насоса у основания установки предполагает минимальное образование шлама на дне.
Барботажное устройство в виде спиралевидной трубы с отверстиями, работая совместно с циркуляционным перемешивающим устройством, предотвращает налипание крупных частиц на стенки конусообразных перегородок, процесс брожения и перемещения исходного материала в резервуаре происходит в ускоренном темпе. Перечисленные выше узлы способствуют повышению производительности биогазовой установки.
Таким образом, интенсификация процесса перемешивания происходит путем внедрения барботажного перемешивающего устройства в виде трубы, повторяющей форму резервуара и циркуляционного перемешивающего устройства, всасывающий патрубок которого расположен по центру, позволяет поддерживать постоянную температуру по всему объему и равномерно без застойных зон перемешивать субстрат внутри резервуара. Все это позволяет повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в установке, увеличить объем биогаза на выходе.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен вертикальный фронтальный разрез биогазовой установки А-А.
Предложенная нами установка для переработки отходов сельскохозяйственной промышленности состоит из герметичного, цилиндрической формы резервуара 1, расположенного вертикально на опорах 2.
В резервуаре находится барботажное перемешивающее устройство, в виде витков спиралевидной перфорированной трубы 3, которая располагается около стен резервуара 1, повторяя его форму.
Перемешивающее устройство также включает установленные по центру резервуара 1 конусообразные перемешивающие устройства 4 с V-образным изгибом по краям для лучшего перемешивания. Отверстия 5 в спиралевидной трубе 3, расположенные в шахматном порядке. Конусообразные перемешивающие устройства 4 жестко закреплены между собой и установлены неподвижно на опоры 6 у основания резервуара 1.
На верхней крышке 7 резервуара 1 монтируется патрубок 8 для транспортировки перерабатываемой биомассы в емкость, в которой происходят основные процессы образования газа, а так же патрубок 18 для перемещения полученного в результате брожения отходов сельскохозяйственной промышленности газа в газгольдер 11. В нижней части устанавливается патрубок 9 от трубопровода подачи субстрата 15.
Трубопровод выхода биогаза 10, соединен с емкостью - газгольдером 11, в которой находится выработанный конечный продукт (метан и его производные). Обязательным условием безопасности работы установки является датчик 12, смонтированный на верхней крышке 7 резервуара 1, необходимый для отслеживания давления в емкости установки для переработки отходов сельскохозяйственной промышленности.
В нижней части резервуара 1 установлен патрубок 13 забора субстрата для подачи в верхнюю часть установки по трубопроводу 15, на конце которого смонтирован дренчерный ороситель 20, с помощью циркуляционного насоса 14, смонтированного с внешней стороны резервуара 1 около основания.
Часть газа из газгольдера 11 по трубопроводу 16 с помощью компрессора 17, установленного на выходе из газгольдера 11, подается через кран 19, установленный у основания резервуара 1, к спиралевидной трубе 3 для ускорения процесса образования биогаза.
Установка для переработки отходов сельскохозяйственной промышленности работает следующим образом: в резервуар 1 через патрубок 8 загружают исходный материал (навоз и растительные отходы) до верхнего уровня крышки установки 7. Благодаря форме крышки установки в виде купола 7, газ скапливается в верхней части конструкции. Давление внутри установки отслеживается при помощи датчика 12.
После заполнения резервуара 1 субстратом подключается циркуляционный насос 14, который перемешивает биомассу, тем самым ускоряя процесс образования метана за счет конусообразных перемешивающих устройств с V-образным изгибом на конце 4 и предотвращая оседание твердых частиц на дне и образования корки в верхней части резервуара 1. Получаемый биогаз из верхней части резервуара 1 через патрубок 18 и трубопровод 10 поступает в газгольдер 11, где при необходимости его часть через трубопровод 16 поступает в компрессор 17 для активации барботажной системы перемешивания.
Для подачи метана в трубопровод 3 открывают кран 19, после чего часть метана с помощью компрессора 17 по трубопроводу 16 под давлением поступает в спиралевидную трубу 3, выходит через отверстия 5, перемешивая субстрат, ускоряя процесс образования метановым брожением биогаза.
Для активации механического перемешивающего устройства по принципу «падающей струи» включают циркуляционный насос 14, который транспортирует биомассу по внешнему трубопроводу 15 и распределяет субстрат в верхних слоях при помощи дренчерного оросителя 20.