СИСТЕМА РЕСУРСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛИЧНОГО КОМПЛЕКСА

Полезная модель относится к области биохимической технологии и техническому обеспечению технологии закрытого грунта, а именно, к системе глубокой переработки органических отходов с получением биогаза и может найти применение при переработке муниципальных отходов, отходов лесопереработки и фермерских хозяйств для получения товарных количеств целевых продуктов и их использования, в том числе, в качестве удобрений и альтернативного газового энергоносителя, содержащего метан, используемые для ресурсного обеспечения тепличного комплекса.
Известна система переработки органических отходов, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, газоразделительный блок, трубопроводную и запорную арматуру, средства контроля и управления (Панцхава Е.С., Биогазовые технологии - радикальное решение проблем экологии, энергетики и агрохимии. Теплоэнергетика, 1994, №4, с.36).
К недостаткам известной системы следует отнести несовершенство имеющихся средств управления термодинамическими параметрами процесса анаэробного разложения отходов различного происхождения и отсутствие методики использования биогаза, в частности товарных количеств целевых продуктов, в том числе, метана и диоксида углерода с отделением токсичных веществ, например, сероводорода.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является система комплексной переработки органических отходов, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, блоки осушки, очистки и газоразделения, средства подготовки отходов и вывода продуктов переработки, трубопроводную и запорную арматуру (патент РФ №65048, опубл. 27.07.2007, бюл. №21 - прототип).
Особенностью известной системы является то, что реакторный блок содержит средства для поддержания уровня рабочих температур и концентрации газов в массе отходов, выход реакторного блока по биогазу соединен через блоки осушки, очистки и накопительный приемник с входом блока газоразделения, включающего, по крайней мере, один мембранный контакторный модуль для селективного выделения из биогаза метана, диоксида углерода и дополнительных компонентов: при этом реакторный блок выполнен в виде двух вертикально установленных емкостей, снабженных водонагревателем, осевой мешалкой с пневмоприводом, средствами подготовки, подачи отходов, вывода газовых, жидких и твердых продуктов переработки.
Известная система характеризуется отсутствием технических решений по использованию целевых продуктов получаемых после анаэробной переработки органических отходов.
Технический результат заключается в создании экологически чистой системы глубокой биохимической переработки органических отходов различной природы с использованием более эффективной анаэробной технологии их разложения для получения коммерческих количеств целевых продуктов, используемых в качестве удобрений и компонентов биогаза, содержащих ценные альтернативные энергоносители, в том числе метан, которые применяются для ресурсного обеспечения тепличного комплекса.
Технический результат достигается тем, что система ресурсного обеспечения тепличного комплекса, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, блоки осушки, очистки и газоразделения, средства подготовки отходов и вывода продуктов переработки, трубопроводную и запорную арматуру, отличающаяся тем, что система содержит смешивающее устройство для формирования почвенного субстрата, используемого для выращивания культурных растений в тепличном комплексе, причем метан, получаемый после газоразделительного устройства через газопровод используется для образования тепловой энергии для поддержания требуемого температурного режима в тепличном комплексе, причем вода насыщенная углекислым газом, получаемая после газоразделительного устройства подается в систему полива тепличного комплекса.
На фиг.1 представлена блок-схема система ресурсного обеспечения тепличного комплекса
Система система ресурсного обеспечения тепличного комплекса ферм содержит реакторный блок, выполненный в виде двух вертикально установленных емкостей 1 для выработки сырого биогаза. Выходы емкостей 1 по биогазу через блок осушки 2 и блок очистки 3 соединены с входом блока газоразделения 4, включающего сдвоенный рециркуляционный контакторный модуль в виде абсорбера (биогаз - вода) 5 и десорбера (вода - воздух) 6 для селективного разделения биогаза на смесь воздуха с диоксидом углерода и целевого продукта метана.
Водяная емкость 7 обеспечивает подачу воды в контур блока газоразделения 4, а насос 8 предназначен для прокачки воды через мембранную систему абсорбера 5 и десорбера 6. Компрессор 9 предназначен для подачи воздуха в десорбер 6, а также в другие агрегаты системы, в том числе, для их продувки.
Емкости реакторного блока 1 имеют общие средства подготовки и подачи в них отходов, включающих емкость 16 для первичных отходов, измельчитель отходов 17, смеситель отходов с водой 18 и фекальный насос 19 для подачи подготовленных отходов в емкости реакторного блока 1, которые имеют общий электрический водонагреватель 20 для поддержания в рабочем объеме емкостей необходимого уровня рабочих температур.
Центральные патрубки в нижней части емкостей реакторного блока 1 предназначены для вывода жидких отходов после переработки в сборник 21, а затем в сборник твердых отходов 22, откуда они подаются в смешивающее устройство 10 для формирования почвенного субстрата, устройство для формирования почвенного субстрата, используемого для выращивания культурных растений в индивидуальных чашах 12 в тепличном комплексе 14. Газообразные продукты из абсорбера 5 блока газоразделения 4 поступают в магистраль 23 для подачи блок сжигания метана 11, откуда тепловая энергия используется для поддержания требуемого температурного режима в тепличном комплексе 14. Вода насыщенная углекислым газом из блока газоразделения 4 подается в тепличный комплекс 14 на устройство полива 15.
Емкости реакторного блока 1 снабжены теплообменными рубашками 13, полость которых соединена патрубками с общим электрическим водонагревателем 20. Агрегаты подготовки первичных отходов и вывода переработанных отходов из емкостей реакторного блока 1 выполнены с возможностью перемещения между емкостями 1 для их попеременного обслуживания по мере выработки биогаза.
Основные агрегаты системы, а также агрегаты подготовки отходов и их вывода из реакторного блока размещены в отдельных помещениях, снабженных приточно-вытяжной вентиляцией, оборудованием по классу взрывобезопасной зоны, а также коммуникациями для предотвращения неконтролируемых накоплений и утечек биогаза (не показаны).
Система ресурсного обеспечения тепличного комплекса функционирует следующим образом.
Предварительно емкости реакторного блока 1 промывают водой, продувают воздухом и заполняют блок осушки 2 силикагелем для снижения относительной влажности сырого биогаза, а блок 3 очистки - цеолитом типа NaX для удаления из осушенного биогаза основных примесей сероводорода. Из емкости 16, предварительно заполненной отходами животноводческой фермы, навоз подается с помощью транспортирующего устройства в измельчитель отходов 17 для их подготовки к подаче в смеситель 18. В смесителе 18 отходы в необходимом соотношении смешивают с водой и с помощью фекального насоса 19 поочередно подают в емкости реакторного блока 1 по мере выработки биогаза в каждой из них. Одновременно включают электроподогрев водонагревателя 20 и подают через соответствующие патрубки горячую воду в теплообменную рубашку 13 данной емкости, обеспечивая необходимый подогрев массы отходов для анаэробного разложения органического сырья.
В предложенной системе возможно проведение технологической переработки различных органических субстанций с помощью термофильного и мезофильного анаэробного разложения отходов с получением биогаза.
По мере выпуска сырого биогаза поочередно из емкостей реакторного блока 1 он, под естественным давлением, превышающем атмосферное, поступает в блоки его осушки 2 силикагелем и очистки 3 от примесей сероводорода. Затем осушенный и очищенный биогаз поступает в блок газоразделения 4 и в магистраль для отправки к потребителю 23. Абсорбер 5 и десорбер 6 предназначены для селективного разделения поступающего биогаза на диоксид углерода и метан с дополнительными компонентами. Очистка биогаза от диоксида углерода осуществляется за счет его селективного проникновения через развитую поверхность полимерной мембраны абсорбера 5 в поток воды с последующим его выделением из воды за счет его десорбции в поток воздуха в противоточном десорбере 6. Уходящая вода с высоким содержанием диоксида углерода впоследствии использоваться в тепличном комплексе 14, для полива культурных растений при помощи устройства полива 15. После выработки в одной из емкостей реакторного блока биогаза осуществляется его очистка от переработанных отходов, заправка новой порции свежих подготовленных отходов и подключение второй емкости реакторного блока на подачу биогаза в газоразделительный блок.
Предложенная система позволяет решить поставленную задачу ресурсного обеспечения тепличного комплекса 14 путем использования всех продуктов анаэробной переработки органических отходов.
Очищенный на выходе абсорбера 5 блока газоразделения 4 метана поступает с помощью блок сжигания метана 11, откуда тепловая энергия используется для поддержания требуемого температурного режима в тепличном комплексе 14. Вода насыщенная углекислым газом из блока газоразделения 4 подается в тепличный комплекс 14 на устройство полива 15, обеспечивая при этом требуемую влажность растениям и обеспечивает прохождения процесса фотосинтеза.
Сброженный субстрат подается сборник 21, а затем в сборник твердых отходов 22, откуда они подаются в смешивающее устройство 10 для формирования почвенного субстрата, устройство для формирования почвенного субстрата, используемого для выращивания культурных растений в индивидуальных чашах 12 в тепличном комплексе 14.
Предложение позволяет создать достаточно эффективную систему ресурсного обеспечения тепличного комплекса за счет использования продуктов экологически чистой глубокой биохимической переработки органических отходов, в том числе, зеленой массы, отходов сельского хозяйства, животноводческих ферм и лесопереработки, водных растворов лактата, малата и другого органического сырья с получением товарных количеств биогаза и конечных целевых продуктов, в том числе, энергоносителей метана, ценных производных в виде удобрений, а также диоксида углерода в водном растворе, которые обеспечивают ресурсную потребность тепличного комплекса.