Биореактор для получения биогаза при переработке органических бытовых и сельскохозяйственных отходов

Полезная модель относится к переработке органических, бытовых и сельскохозяйственных отходов методом анаэробного сбраживания и может быть использована для получения биогаза в индивидуальных хозяйствах и предприятиях сельскохозяйственного направления.
Известны устройства для получения биогаза при анаэробном сбраживании биомассы, состоящей из различных органических отходов (Роза А. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы: учебное пособие. Пер. с англ. под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Понеля. Издательский дом "Интеллект" М. Издательский дом МЭИ. 2010,704 с, стр 530-538 рис 11.4). Известны устройства для переработки органических отходов - метантенки, в которых происходит анаэробное сбраживание биомассы. (А.С. Тимонин Инженерно-экологический справочник. (Т.З. Калуга, изд. Н. Бонкаревой, 2003 - 1024 с. Рис 3.11 стр. 697).
Недостатком приведенных устройств является необходимость предварительного измельчения отходов и доведения биомассы до необходимой консистенции.
Известны устройства, в которых производится предварительное измельчение отходов и подогрев (Патент №2098481, №105624). В этих устройствах отсутствует качественное перемешивание биомассы и перемещение состава по различным зонам метантенков.
Известен метановый аппарат с горизонтальным расположением корпуса (Патент №2102467) принятый нами за прототип. Недостатки прототипа следующие:
1) Отсутствует устройство поддерживания необходимой температуры, которая должна быть 37°С - при мезофильном сбраживании и 55°С - при термофильном сбраживании.
2) Низкокачественное измельчение исходных отходов т.к. в перфорированном цилиндре 14 происходит только перемешивание, а значительная часть отходов закупоривает перфорационные отверстия и протекание процесса брожения ухудшается.
3) Перемещение субстрата по секциям кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения происходит без принудительного механического воздействия, только за счет баланса сообщающихся сосудов, и если соотношение расходов приходящего субстрата и отводимого субстрата будет меняться за счет закупоривания перфораций в цилиндре 14, то характер процесса брожения будет меняться и качество полученного биогаза будет ухудшаться.
Проблема технического решения заключается в низкой эффективности работы биореактора.
Технический результат, на достижение которого направленно предполагаемое устройство - повышение эффективности работы биореактора с расширением диапазона регулирования по температуре.
Поставленная цель достигается тем, что в биореакторе для получения биогаза при переработке органических бытовых и сельскохозяйственных отходов, содержащем цилиндрический горизонтальный корпус с зонами кислотного, нейтрального, щелочного и метанового брожения, имеется горизонтальный вал с приводом и шнеком, при этом с передней части корпуса закреплен корпус измельчителя, в котором установлены дисковые ножи, а на валу установлен шнек уплотнителя, к корпусу измельчителя закреплен корпус уплотнителя с загрузочным бункером и уплотняющим поршнем, причем в зоне щелочного и метанового брожения корпуса установлен секционный кольцевой нагревательный элемент, выполненный с возможностью регулирования температуры в каждой секции, в верхней части корпуса установлен газосборник с патрубком отвода биогаза, а в нижней части корпуса установлен патрубок отвода твердой фазы. Корпус измельчителя с шнеком уплотнителя выполнен коническим, сужающимся к дисковым ножам. В верхней части корпуса, над шнеком имеется осевой канал для биогаза. Патрубок отвода твердой фазы расположен в углубленном канале с наклоном к патрубку. Загрузочный бункер имеет задвижку.
Предполагаемая схема биореактора представлена на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3. Здесь:
1 - корпус;
2 - вал;
3 - шнек;
4 - корпус измельчителя;
5 - корпус уплотнителя;
6 - поршень;
7 - загрузочный бункер;
8 - задвижка;
9 - шнек уплотнителя;
10 - подвижные ножи;
11 - неподвижные ножи;
12 - осевой канал;
13 - секционный нагреватель;
14 - газосборник;
15 - гидрозатвор;
16 - патрубок отвода биогаза;
17 - патрубок отвода тв. отходов;
18 - канал сбора тв. отходов;
19 - теплоизолирующий кожух.
Биореактор представляет собой цилиндрический корпус 1 с горизонтальной осью, в которой коаксиально расположен вал 2 с приводом и с возможностью вращения на узлах вращения 19. На валу 2 расположен шнек 3. В передней части корпуса 1 расположен неподвижные ножи 11. К передней части корпуса 1 крепится корпус измельчителя 4, представляющий собой усеченный конус, с узкой частью, соответствующий диаметру корпуса 1. Вал 2 проходит через корпус измельчителя 4 и на валу установлен шнек уплотнителя 9 и в самой узкой части корпуса 4 подвижный нож 10 вплотную с неподвижным ножом 11. В широкой части корпуса 4 расположен корпус уплотнителя 5 с поршнем 6. На корпусе уплотнителя 5 находится загрузочный бункер 7 с задвижкой 8. На корпусе 1 по верхней образующей цилиндра имеется продольный осевой канал 12, который доходит до газосборника 14. Газосборник 14 соединен с гидрозатвором 15, на котором находится патрубок отвода биогаза 16. В нижней части цилиндрического корпуса 1 находится канал сбора твердых отходов 18 с наклоном к патрубку отвода твердых отходов 17. Корпус 1 по всему периметру имеет теплоизоляционный кожух 19.
Биореактор работает следующим образом. Аппарат загружается биомассой через загрузочный бункер 7 при открытой задвижке 8. При вращении вала 2 шнек уплотнителя 9 подает смесь на подвижные 10 и неподвижные 11 ножи, крупные фракции измельчаются и поступают в пространство корпуса 1, где шнеком 3 начинают перемещатся последовательно по зонам кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения. При этом процессе включаются нагревательные секции 13 и поддерживается необходимый температурный режим(37°С - при мезофильном сбраживании и 55°С - при термофильном сбраживании). По мере расходования биоматериала через бункер 7 добавляются новые порции биомассы и при закрытой задвижке 8 уплотняются поршнем 6. Выделяющийся при реакции биогаз поднимается в корпусе 1 наверх по осевому каналу 12, поступает в газосборник 14 и пройдя через гидрозатвор 15, через патрубок 16, отводится потребителю. Твердые фракции, остающиеся после процесса шнеком 3 перемещаются в канал сбора твердых отходов 18 и удаляется через патрубок 17.
Для интенсификации процесса анаэробного брожения и увеличения производительности биогаза можно увеличить зону нагрева секционного нагревателя 13 и интенсифицировать температурный режим. Наличие теплоизолирующего кожуха 19 позволяет существенно уменьшить теплопотери от секций нагревателя 13 во внешнюю среду и существенно повышает общий к.п.д. биореактора. Для поддержания необходимых температурных режимов внутри биореактора устанавливаются температурные датчики (не показанны) несколько, по длине корпуса, в зонах секций нагревателя 13.
Таким образом, представленный биореактор позволит повысить эффективность работы биореактора и расширит диапазон регулирования процесса по температуре.