ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ПОЛУЧЕНИЮ БИОГАЗА
LABORATORY UNIT FOR PRODUCING BIOGAS

Лабораторная установка по получению биогаза предназначена для проведения лабораторно-практических занятий по дисциплинам «Основы биотехнологии и биохимии», «Основы безотходного производства» и «Промышленная экология» по специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», относится к лабораторному оборудованию (испытательной технике).
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является лабораторная установка по получению биогаза (см. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды. - М.: Владос, 2003, с.288, работа №25 «Получение биогаза из органических отходов», с.91-94), включающая колбу с плотно закрывающейся резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой, конец которой в колбе располагается над отходами (для выхода газа). К стеклянной трубке присоединяют резиновую трубку, которая через стеклянный переходник соединяется с мягким баллоном для приемки газа. Герметичность всех соединений и пробки с колбой обеспечивается пластмассовой изолентой.
Недостатками установки являются низкая функциональность и эффективность, значительное содержание влаги в образующемся биогазе, недостаточная точность измерения объемов выделяющегося биогаза и герметичность лабораторной установки.
Изобретение направлено на получение биогаза в лабораторных условиях, выявление факторов воздействия на процесс образования биогаза и уменьшение влагосодержания в образующемся биогазе.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей лабораторной установки, повышение достоверности результатов испытаний по образованию биогаза, выявление степени влияния факторов на процесс образования биогаза, а именно: температуры, влажности и элементного состава отходов на выход биогаза, а также уменьшение влагосодержания в образующемся биогазе.
Для достижения указанного технического результата известная лабораторная установка по получению биогаза включает колбу с плотно закрывающейся резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой и мягким баллоном для приемки газа, согласно изобретению колба выполнена в виде биореактора, представляющего собой стеклянный цилиндр с притертой крышкой, в нижней части которого имеются стеклянный фильтр и патрубок для отвода образующегося биогаза, который последовательно соединен с адсорбером, ротаметром и пробоотборником для отбора проб биогаза для хроматографического анализа.
На чертеже показана принципиальная схема лабораторной установки.
В состав лабораторной установки по получению биогаза входят последовательно соединенный биореактор 1, адсорбер 2, ротаметр 3 и пробоотборник 4. Образующийся в биореакторе газ осушается в адсорбере с помощью осушителя хлорида кальция. Выход (объем) газа определяется с помощью ротаметра 3. Отбор проб биогаза для хроматографического анализа осуществляется пробоотборником 4. Система (ввиду своей компактности) помещается в термостат, что позволяет варьировать температуру. Герметичность системы обеспечивается вакуум-смазкой, притертыми крышками реактора 1, адсорбера 2.
Отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в размещении на дне биореактора 1 патрубка для отвода образующегося фильтрата, использовании адсорбера 2, повышающего качество образующегося биогаза, и специального прибора для измерения объема образующегося биогаза - ротаметра 3, а также пробоотборника 4, позволяющего производить отбор биогаза на хроматографические анализы.
Установка работает следующим образом: в биореактор 1 загружают биомассу определенной влажности. По истечении определенного времени в биореакторе создаются анаэробные условия. По мере разложения происходит образование биогаза и фильтрата. Избыток фильтрата отводится через патрубок, образующийся биогаз проходит через адсорбер 2, где осушается и очищается от сопутствующих примесей. Объем выделившегося биогаза замеряется ротаметром 3, что позволяет контролировать процесс образования биогаза. Отбор биогаза на хроматографический анализ производится с помощью пробоотборника 4. Система ставится в термостат (ввиду своей компактности), что позволяет варьировать температуру. Герметичность системы обеспечивается вакуум-смазкой и притертыми крышками биореактора 1, адсорбера 2.
При помощи предлагаемой установки можно проводить следующие лабораторные испытания:
1. Изучить влияние температуры на процесс образования биогаза.
2. Изучить влияние влажности на процесс образования биогаза.
3. Исследовать влияние элементного состава отходов на процесс биодеструкции твердых бытовых отходов (ТБО) и образование биогаза.
Все это способствует установлению оптимального режима образования биогаза из твердых бытовых отходов.
В таблице отражены результаты опытов, проведенные с помощью лабораторной установки.
Результаты опытов, проведенные с помощью лабораторной установки по получению биогаза
Время, сутки
Выход биогаза, мас.%
Температура, °С
Влажность отходов, %
Элементный состав отходов, %
5
37
53
50
65
80
x<sub>б</sub>
х<sub>ж</sub>
х<sub>у</sub>
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
-
-
-
20
-
0,1
0,2
-
-
-
-
-
-
30
-
0,5
0,8
-
1,0
1,0
-
-
0,2
40
-
1,7
1,3
-
3,7
4,1
0,2
-
0,5
50
-
5,8
3,4
1,2
6,5
6,8
1,2
-
1,1
60
0,3
8,3
5,6
5,4
9,4
9,2
2,3
0,1
2,4
70
0,7
14,6
7,8
8,2
12,4
12,7
3,2
1,4
3,5
80
1,1
23,7
10,3
12,4
16,8
17,1
5,4
2,3
4,3
90
1,3
31,2
12,8
17,9
20,8
20,5
7,5
3,4
5,8
100
1,2
36,4
13,8
24,8
23,8
23,7
8,3
5,7
7,9
110
1,3
42,1
15,7
28,6
29,4
29,8
9,0
7,4
9,7
120
1,5
45,3
16,2
35,7
33,4
33,8
11,3
9,5
12,7
* Примечание:где х<sub>б</sub> - отход с максимальным содержанием белков;х<sub>ж</sub> - отход с максимальным содержанием жиров;х<sub>у</sub> - отход с максимальным содержанием углеводов.