БИОРЕАКТОР ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а именно, к установкам для переработки органических отходов сельскохозяйственного производства в анаэробных условиях, и может быть использована для производства органических удобрений и биогаза.
Биореактор периодического действия для анаэробного сбраживания органических отходов содержит цилиндрическую емкость с технологическими патрубками и камерой брожения в нижней части и газовой полостью в верхней. Газовая полость сообщена с газгольдером, включающим плавающий колокол. К цилиндрической емкости биореактора прикреплен патрубок выпуска навоза, патрубки выпускных сужающихся сопел подачи горячего воздуха, а к плавающему колоколу - выпускной патрубок биогаза. Стенки всех выпускных сопел имеют отверстия подачи горячего воздуха, утечку которого предотвращает уплотнительное кольцо.
Полезная модель позволит повысить эффективность использования биореактора.
Известен микробиологический реактор для переработки органических отходов, выбранный в качестве аналога (патент РФ N 2042302, кл. МПК 7: C02F 3/00, C02F 11/04, МПК 6: А01С 3/02, заявл. 28.01.1993, опубл. 27.08.1995) в котором отмечено, что реактор содержит цилиндрическую камеру сбраживания с плавающим колпаком, имеющим герметичный шлюз, по оси камеры установлено перемешивающее приспособление со стержнями, которое выполнено в виде телескопически соединенных труб. Стержни расположены рядами и имеют длину, уменьшающуюся по направлению к днищу в отношении 0,8 0,5 к радиусу камеры. Плавающий колпак расположен на вертикальных направляющих, на подпружиненных втулках. Приводом для вращения перемешивающего приспособления служит ветросиловая установка, установленная на плавающем колпаке вместе с генератором-электродвигателем
Техническое решение позволяет повысить эффективность использования биореактора периодического действия для анаэробного сбраживания органических отходов, однако одним из его недостатков является сложность конструкции, и, как следствие, невысокая надежность его работы. Другим недостатком является низкая эффективность перемешивания субстрата от привода ветросиловой установки при слабом ветре или полном его отсутствии.
Известен реактор для анаэробного сбраживания жидких органических отходов, выбранный в качестве аналога (патент РФ №2226047, кл. МПК 6: А01С 3/00, заявл. 21.01.2003, опубл. 27.03.2004).
Реактор содержит вертикальную теплоизолированную ферментационную емкость с коническим днищем и выполненной в виде купола крышей, в центральную часть которой вмонтирован газосборный колпак, вертикальную центральную трубу, коаксиально установленную внутри ферментационной емкости под газосборным колпаком, сообщенную с последним и не доходящую до днища ферментационной емкости, устройство для выравнивания давления газа в центральной трубе и подкупольной зоне ферментационной емкости, подсоединенный сверху к газосборному колпаку газопровод, связанный с газовым насосом и газонакопительной емкостью, приспособление для подогрева ферментационной емкости и сообщенные с ней напорный загрузочный трубопровод, выгрузной трубопровод и переливную трубу, блок управления, запорный кран с приводом и пневмогидравлический клапан.
В центре конического днища ферментационной емкости выполнено выпускное отверстие, к которому подключен выгрузной трубопровод с запорным краном. Пневмогидравлический клапан состоит из полого поплавка, открытого снизу и установленного внутри центральной трубы с возможностью вертикального возвратно-поступательного вдоль нее перемещения, ограниченного в верхнем положении поплавка упорами, прикрепленными к внутренней поверхности центральной трубы, жесткого осевого продольного элемента, закрепленного внутри полого поплавка, запорного клапана, прикрепленного снизу к названному элементу с возможностью перекрытия выпускного отверстия в днище ферментационной емкости в нижнем положении поплавка, дополнительного газопровода, подсоединенного сверху к полому поплавку и имеющего переключатель для его поочередного соединения с всасывающим патрубком газового насоса или через газонакопительную емкость с нагнетательным патрубком газового насоса. Устройство для выравнивания давления газа выполнено в виде сифона, восходящая ветвь которого через гидрозатвор сообщена с ферментационной емкостью, а нисходящая ветвь - введена сверху в центральную трубу. Газосборный колпак заглублен в ферментационную емкость так, что его нижняя кромка расположена ниже входного отверстия восходящей ветви сифона. Переключатель дополнительного газопровода и привод запорного крана выгрузного трубопровода связаны с блоком управления.
Изобретение обеспечивает повышение эффективности удаления осадка из ферментационной емкости путем интенсификации перемешивания сбраживаемой массы в зоне осаждения и предотвращения уплотнения осадка за счет управляемой турбулизации выпавшего осадка в моменты его удаления с заданной периодичностью.
Наряду с повышенной эффективности удаления осадка из ферментационной емкости, можно отметить, что известный реактор обладает повышенной сложностью, что приводит к низкой надежности его работы и высокой вероятности забивания навозной жижей клапана с автоматическим управлением
Наиболее близким к заявленному биореактору, выбранного в качестве прототипа, является биореактор периодического действия (патент РФ №2118359, кл. МПК 7: С12М 1/00, опубл. 27.08.1998).
Биореактор периодического действия включает в себя твердофазный ферментатор размещенный концентрично камере брожения и выполненный с разборной оболочкой, например, в виде полуколец с шарниром, причем высота оболочки твердофазного ферментатора соответствует высоте камеры брожения.
За счет термохимических процессов, протекающих в твердофазном ферментаторе, происходит термостатирование процессов брожения, а колокол с газом обеспечивает теплоизоляцию камеры брожения сверху. Причем твердофазный ферментатор обеспечивает доразложение загрузки камеры брожения и одновременную стерилизацию патогенной флоры.
Техническое решение повышает эффективность биореактора.
Недостатком технического решения, выбранного в качестве прототипа, является невозможность точного регулирования работы твердофазного ферментатора, снижения к.п.д. за счет этого, а также трудность эффективного проведения процессов метаногенеза, необходимых для процессов брожения.
Цель полезной модели - повышение эффективности использования биореактора путем размещения субстрата в концентрично камере брожения и подачи в нее горячего воздуха через выпускные сужающиеся сопла.
Технической задачей заявляемого решения является стабильный и эффективный обогрев биореактора, обеспечивающий эффективное проведение процессов метеногенеза путем использованием метаногенныж бактерий, определяемой спецификой субстрата, используемого для образования метана.
Решение технической задачи достигается тем, что биореактор периодического действия для анаэробного сбраживания жидких органических отходов, преимущественно навоза или помета, содержит вертикальную цилиндрическую теплоизолированную ферментационную камеру брожения, заполненную субстратом в нижней части и газовой полостью в верхней. Газовая полость сообщена с газгольдером, включающим плавающий колокол, и выпускным патрубком биогаза. К нижней части внешнего цилиндра биореактора прикреплен патрубок выпуска навоза, а также патрубки выпускных сужающихся сопел подачи горячего воздуха с углом конусности сопел равным 24°±6°.
Решение технической задачи позволит обеспечить эффективный контролируемый обогрев биореактора с целью обеспечения эффективного проведения процессов метаногенеза.
На чертеже (фиг. 1) схематически показан продольный разрез биореактора периодического действия для анаэробного сбраживания органических отходов.
Фиг. 2 - разрез биореактора по В-В.
Биореактор периодического действия для анаэробного сбраживания органических отходов содержит корпус, состоящий из горизонтального плоского дна 1, внешнего 2 и, концентрично расположенного ему, внутреннего 3 цилиндров, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом 4, а также цилиндра 5 с полостью 6. В своей нижней части биореактор содержит камеру 7 брожения и газовую полость 8 в верхней части сообщенной с газгольдером 9, включающим плавающий колокол 10. К внутреннему цилиндру 3 прикреплены три Г-образные направляющие стойки 11, равнорасположенные по окружности, имеющие возможность поворота вокруг сваей оси. К внешнему 2 и внутреннему 5 цилиндрам биореактора прикреплены выпускной патрубок 12 реструктурированного навоза с запорным устройством 13, выпускные патрубки 14, заканчивающимися сужающимися соплами подачи горячего воздуха, равнорасположенными по окружности, выполненными с углами сужения (конусности) равными 24°±6°, имеют запорные устройства 15.
К плавающему колоколу 10 прикреплен выпускной патрубок 16 биогаза с запорным устройством 17. Стенки всех выпускных сопел 14 имеют отверстия 18 подачи обогревающей горячего воздуха, утечку которого предотвращает уплотнительное кольцо 19.
Биореактор периодического действия для анаэробного сбраживания органических отходов работает следующим образом.
При закрытых запорных устройствах 13 и 15 камера брожения 7 цилиндра 5 полости 6, заполняется порцией субстрата. Поворотом Г-образных направляющих стоек 11 вокруг своих осей на 180°, подготавливается установка газгольдера 9 в исходное положение. Во избежание воздушной пробки и беспрепятственного пропуска воздуха через выпускной патрубок 16, запорное устройство 17 поддерживается открытым. После этого колокол 10 газгольдера 9 вводят в газовую полость 8 и Г-образные направляющие стойки 11 возвращаются в исходное положение. Нагрев субстрата осуществляется горячим газом с температурой 60…70°С подачей его через выпускные сужающиеся сопла 14 подачи горячего воздуха. Хотя процесс брожения начинается практически сразу, максимальной своей величины он достигает примерно через 7-10 суток. Биогаз из газовой полости 8 переходит в газгольдер 9, включающим плавающий колокол 10, и поднимает последний из нижнего положения в верхнее с одновременным отбором биогаза через патрубок 16, при открытом запорном устройстве 17.
Для обеспечения температурной стабилизации процесса брожения в камере 7 брожения, при принятом термофильном режиме сбраживания, поддерживается температура 55±2°С. Подъем плавающего колокола 9 по направляющим Г-образные направляющим стойкам 11, обеспечивает его хорошее центрирование, причем подъем ограничивается верхней частью Г-образных элементов. С целью обеспечения равномерного прогрева субстрата, его время от времени перемешивают при помощи выпускных патрубков 14, оборудованных сужающимися коническими соплами подачи горячего воздуха, при открытых запорных устройствах 15.
Удаление навоза осуществляется через выпускной патрубок 12 и открытом запорном устройстве 13, а отбор биогаза при наполненном газгольдере 9, включающим плавающий колокол 10, через выпускной патрубок 16 при открытом запорном устройстве 17. Стенки всех выпускных сопел выпускных патрубков 14 имеют отверстия 18 подачи обогревающего горячего воздуха, утечку которого предотвращает уплотнительное кольцо 19.
Для беспрерывной выработки биогаза и получения качественного реструктурированного навоза используют параллельную работу двух биореакторов. Температура среды, 55±2°С в ферментаторе приводит к гибели патогенной флоры и семян сорняков, что повышает качество биоудобрений.