МЕТАНТЕНК

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к метантенкам для биогазовых установок и может быть использована при переработке отходов из органического сырья.
Известен метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных и измельченных различных органических отходов, содержащий резервуар с коническими днищем и куполом с закрепленной на куполе, не доходящей до дна резервуара концентрической перегородкой, разделяющей резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры сбраживания, патрубки подвода разжиженных и измельченных органических отходов во внешнюю камеру, отвода сброженной массы из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер, а также разделительный элемент в виде усеченного конуса (RU №2073401, C02F 3/00, 1992 г.).
Недостатком известного метантенка является то, что поступающие во внешнюю камеру в составе разжиженных и измельченных органических отходов оседающие плотные и трудносбраживаемые органические вещества, опускаясь без их распада активным симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов с образованием жирных кислот в кислой среде первой фазы сбраживания при рН менее 7,0 вниз по поверхности конусного разделительного элемента, оседают на днище внутренней камеры, образуя тем самым несбраживаемый в щелочной среде внутренней камеры при рН более 7,2 второй фазы сбраживания иловый осадок органических веществ, который необходимо удалять из метантенка в составе сброженной массы на иловые площадки очистных сооружений для последующего их разложения
Известен метантенк для биогазовых установок, включающий цилиндрический корпус, трубопровод, приспособление для перемешивания и разрушения поверхностной корки сбраживаемой массы, газосборник с газопроводом, в котором корпус имеет мешалку и два газосборника, загрузочный и сливной стояки, теплообменники, смещенные относительно вертикальной оси и по ходу вращения мешалки, разделен на камеру для приготовления маточной закваски и четыре камеры для сбраживания массы, внутренняя поверхность маточной камеры с газосборником полностью и другие четыре камеры с газосборником над последней камерой сверху на 1/3 высоты покрыты эпоксидной смолой (RU №2073650, C02F 3/28, 1995 г.).
Недостатком известного метантенка является низкая производительность и недостаточно высокая надежность обеззараживания отходов животных.
Также известен метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных твердых неизмельченных и неотсортированных сбраживаемых органических отходов с выработкой из них жидкого минерализованного с гумусом органического удобрения и горючего биогаза, содержащий горизонтальный резервуар, разделенный внутренними попеременно не доходящими до верха и низа резервуара поперечными перегородками на газовые секции с газосборниками и жидкостные проточно сообщающиеся камеры с кранами слива, загрузочный и разгрузочный патрубки, нагреватели сбраживаемой массы и присоединенный к газосборникам газовых секций газопровод к газгольдеру, в резервуар встроен цепочно-скребковый загрузочно-разгрузочный элеватор с приводом, горизонтально расположенные друг над другом рабочие ветви которого с перфорированным ограждением между ними и вокруг них введены со стороны загрузочного патрубка во внутрь резервуара ниже установленного в резервуаре уровня сбраживаемой жидкой органической массы, а к газосборнику первой газовой секции присоединен газопровод отсоса из нее биогаза в инжектор, взаимодействующий с насосом откачки сбраживаемой в камере массы и нагнетания ее обратно в камеру через соединенный с ним инжектор и рассредоточитель образуемой в инжекторе газожидкостной смеси (RU №2250878, C02F 3/28, 2003 г.).
Недостатком известного метантенка является недостаточно эффективное расщепление /гидролизация/ твердых сбраживаемых органических веществ отходов без их измельчения в кислой фазе сбраживания при рН менее 7,0 активным симбиозом расщепляющих /гидролизующих/ микроорганизмов при выработке из твердых сбраживаемых органических отходов наибольшего количества высококачественных жидких минерализованных насыщенных гумусом органических удобрений и горючего биогаза высокой калорийности.
Также известен метантенк, входящий в состав биогазового комплекса и выполненный в виде двухсекционного реактора, секции которого представляют собой сообщающиеся наклонный трубопровод (заполненный картриджами) и вертикальную башню. Первая стадия гидролиза осуществляется в наклонном трубопроводе, который связывает накопитель подготовленного сырья с основным реактором (вертикальной башней), выполненной в виде корпуса, внутренняя полость которого сообщена с магистралями подачи исходного продукта, отвода пульпоподобной массы, отвода биогаза, и заполненной картриджами. Картриджи выполнены из пористого материала для закрепления бактериальной среды с величиной ячеек, имеющих максимальный размер 4 мм (RU №85293, A01C 3/02, 07.04.2009).
Недостатком известного метантенка является недостаточно высокие характеристики его эффективности вследствие образования избыточной массы сообщества бактерий, участвующих в процессе биодеградации органических и неорганических соединений. Это приводит к снижению активности протекающих реакций, а следовательно, к снижению характеристик эффективности процесса функционирования известного метантенка.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности процесса функционирования метантенка.
Техническим результатом, достигаемым при решении задачи, является повышение производительности процесса функционирования метантенка, которое обеспечивается проточным режимом работы метантенка с периодическим освобождением от излишков бактериальной среды, размещенной на установленном в метантенке пористом носителе, посредством его деформации и создания вследствие этого наиболее благоприятных условий для жизнедеятельности бактерий и, следовательно, активизации процесса биодеградации органических и неорганических соединений.
Технический результат позволяет обеспечить метантенк, содержащий блок управления и питания, последовательно установленные и сообщающиеся между собой резервуар с водой и нагревательным устройством, насос, трехпозиционный переключатель, центральную магистраль, выполненную с отводами, каждый из которых имеет вентиль, корпус, выполненный с горловиной и теплоизоляционным покрытием, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса и выполненные с дополнительными вентилями трубопроводы подачи исходного сырья, вывода густого осадка, отвода биогаза и вывода готового продукта, установленные в корпусе, жестко связанные с ним и выполненные перфорированными основание и крышку, размещенный между основанием и крышкой пористый эластичный носитель, предназначенный для размещения бактериальной среды, установленные в один или несколько рядов по высоте баллоны, жестко связанные с внутренней боковой стенкой корпуса метантенка с возможностью взаимодействия с пористым эластичным носителем и друг с другом, радиальные магистрали, каждая из которых сообщена с одним из баллонов соответствующего ряда, уровневые магистрали, сообщенные с радиальными магистралями и охватывающие корпус метантенка, при этом каждый из отводов центральной магистрали сообщен с одной из уровневых магистралей, трехпозиционный переключатель дополнительно сообщен с резервуаром посредством сливной магистрали, трубопровод вывода готового продукта имеет водяной затвор, последовательно установленный с дополнительным вентилем, резервуар сообщен с насосом посредством входной магистрали, корпус метантенка имеет боковые патрубки, посредством которых трубопроводы подачи исходного сырья и вывода готового продукта сообщаются с внутренней полостью корпуса, а насос и нагревательное устройство подключены к блоку управления и питания.
Достижению технического результата способствуют следующие частные признаки.
Баллоны выполнены в виде тел вращения.
Баллоны имеют одинаковые или различные размеры.
Размеры полости метантенка связаны соотношением
Н=(3÷0,25)D,
где Н и D - максимальные высота и диаметр полости метантенка, соответственно.
На фиг.1 изображен общий вид метантенка в разрезе.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Метантенк содержит блок 1 управления и питания, последовательно установленные и сообщающиеся между собой резервуар 2 с водой и нагревательным устройством 3, насос 4, трехпозиционный переключатель 5, центральную магистраль 6, выполненную с отводами 7, каждый из которых имеет вентиль 8, корпус 9, выполненный с горловиной 10 и теплоизоляционным покрытием 11, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса 9 и выполненные с дополнительными вентилями 12, 13, 14, 15 трубопроводы 16, 17, 18, 19 подачи исходного сырья, вывода густого осадка, отвода биогаза и вывода готового продукта соответственно, установленные в корпусе 9, жестко связанные с ним и выполненные перфорированными основание 20 и крышку 21, размещенный между основанием 20 и крышкой 21 пористый эластичный носитель 22, предназначенный для размещения бактериальной среды. В полости метантенка в один или несколько рядов по высоте установлены баллоны 23, жестко связанные с внутренней боковой стенкой корпуса 9 метантенка с возможностью взаимодействия с пористым эластичным носителем 22 и друг с другом. Баллоны 23 могут быть выполнены в виде тел вращения, а также могут иметь одинаковые или различные размеры.
Метантенк содержит также радиальные магистрали 24, каждая из которых сообщена с одним из баллонов 23 соответствующего ряда, уровневые магистрали 25, сообщенные с радиальными магистралями 24 и охватывающие корпус 9 метантенка. Каждый из отводов 7 центральной магистрали 6 сообщен с одной из уровневых магистралей 25, трехпозиционный переключатель 5 дополнительно сообщен с резервуаром 2 посредством сливной магистрали 26, трубопровод 19 вывода готового продукта имеет водяной затвор 27, последовательно установленный с дополнительным вентилем 15, а насос 4 и нагревательное устройство 3 подключены к блоку 1 управления и питания. Также метантенк содержит входную магистраль 28, посредством которой резервуар 2 сообщается с насосом 4. Корпус 9 метантенка установлен на фундаменте 29 и имеет боковые патрубки 30 и 31, посредством которых трубопровод 16 подачи исходного сырья и трубопровод 19 вывода готового продукта сообщаются с внутренней полостью корпуса 9. Размеры полости метантенка связаны соотношением
Н=(3÷0,25)D,
где Н и D - максимальные высота и диаметр полости метантенка, соответственно.
Работа метантенка осуществляется следующим образом.
Предварительно подогретое и измельченное исходное сырье через трубопровод 16 подачи исходного сырья и боковой патрубок 30 подается насосом (на чертеже не показан) в полость корпуса 9 метантенка, который оборудован теплоизоляционным покрытием 11 для поддержания заданных параметров процесса. Метантенк позволяет осуществлять биодеградацию органических и неорганических соединений путем взаимодействия с исходным сырьем сообществ анаэробных бактерий без доступа кислорода воздуха при температуре в диапазоне 20-60°С. Нагрев содержимого в корпусе 9 метантенка не предусмотрен для исключения резких колебаний температуры, замедляющих процесс биодеградации исходного сырья.
Во внутренней полости корпуса 9 метантенка размещен пористый эластичный носитель 22 с размещенной на нем бактериальной средой. Сырье по порам эластичного носителя 22, омывая его, поднимается вверх со скоростью, не менее одного рабочего объема метантенка в сутки. При этом под воздействием сообщества анаэробных бактерий, прикрепленных (размещенных) на пористом эластичном носителе 22, сырье преобразуется, в конечном итоге, в биогаз и водную смесь органических и неорганических веществ. Водная смесь органических и неорганических веществ через боковой патрубок 31, трубопровод 19 готового продукта и водяной затвор 28 выводится из корпуса 9 метантенка, а биогаз через трубопровод 18 отвода биогаза удаляется для его дальнейшей переработки. Нерастворимые тяжелые частицы скапливаются на дне метантенка и периодически через трубопровод 17 вывода густого осадка удаляются из корпуса метантенка для последующего использования или утилизации. Для удаления избыточной массы бактерий, размещенных на пористом эластичном носителе 22, баллоны 23, расположенные в корпусе 9 метантенка, периодически по заданной программе наполняют подогретой жидкостью, поступающей из резервуара 2. При увеличении объема баллонов 23 оказывается давление на пористый носитель 22, вследствие чего начинается деформация пористого носителя 22 с последующим его отжимом, приводящим к удалению избыточной массы бактерий.
Поступление воды из резервуара 2, предварительно нагретой нагревательным устройством 3, в баллоны 23 происходит следующим образом. При включении насоса 4 вода из резервуара 2 по входной магистрали 28 поступает в центральную магистраль 6 и через отводы 7 в уровневые магистрали 25. Число уровневых магистралей 25 равно числу рядов баллонов 23 по высоте. С каждой уровневой магистрали 25 по радиальным магистралям 24 вода поступает в баллоны 23, соответствующие данной уровневой магистрали 25. При этом число радиальных магистралей 24 каждой уровневой магистрали 25 соответствует числу баллонов 23 этого уровня. Включение или выключение доступа воды в каждую уровневую магистраль 25 обеспечивается вентилем 8, включенным в соответствующий отвод 7 центральной магистрали 6. Сочетание открытых или закрытых вентилей 8 обеспечивает необходимые условия деформации пористого эластичного носителя 22 по высоте его расположения в корпусе 9 метантенка. После деформации пористого эластичного носителя 22, последующего его отжима и удаления с него избыточной массы бактерий осуществляется открытие вентилей 8 в требуемой комбинации. В результате этого вода из баллонов 23 по центральной магистрали 6 через трехпозиционный переключатель 5 и сливную магистраль 26 сливается в резервуар 2. Дополнительными вентилями 12, 13, 14, 15 регулируются режимы подачи исходного сырья, вывода густого осадка, отвода биогаза и вывода готового продукта соответственно.
Рассмотренный проточный режим работы метантенка с периодическим освобождением от излишков бактерий посредством деформации пористого эластичного носителя 22 позволяет создать наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности размещенных на пористом эластичном носителе 22 бактерий.
Использование полезной модели позволяет увеличить показатели производительности функционирования метантенка, а следовательно, обеспечить повышение эффективности его работы.