ПРЯМОТОЧНАЯ БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к биотехнологии, а именно к устройствам для ферментативной переработки отходов растительного и животного происхождения, бытовых отходов, ботвы, стеблей растений, навоза животных и птицы, сточных вод для получения электрической и тепловой энергии.
Известна установка для переработки твердый веществ, которая содержит блок подготовки исходного сырья, емкость для ацидогенной обработки субстрата, контейнер для переработки жидких органических отходов с большим содержанием сухого вещества (6-12%), состоящих из двух проходов потока, причем первых проход имеет входное, а второй выходное отверстие, имеющими барботажную систему и систему обогрева, совместное действие которых обеспечивает поступательно круговое движение субстрата; последовательно связанный с ним сепарационный блок (US 2004087011, 2004).
Недостатком данной установки является:
- использования бетона в качестве материала для реактора, что повышает вероятность утечек содержимого реактора в почву и попадания его в грунтовые воды и удорожает строительство;
- в поперечном сечении реактор представляет из себя прямоугольник, что делает предложенную систему перемешивания недостаточно эффективной за счет образования застойных зон.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании установки, которая обеспечивала бы экологичность процесса переработки отходов и чистоту получаемых конечных продуктов за счет более полной их переработки, а также экономию используемых в процессе производства ресурсов.
Технический результат заключается в повышении экологичности производств за счет использования более прочных и дешевых композитных материалов, обеспечения получения полностью переработанного и обеззараженного субстрата, практическое отсутствие слива эфлюента в канализацию или на почву, или в хранилище.
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного технического результата в прямоточной биогазовой установке, которая содержит блок подготовки исходного сырья, последовательно связанные с ним емкость для ацидогенной обработки субстрата, ферментер, выходной коллектор, сепарационный блок и блок отделения аммония из жидкой фракции, при этом ферментер выполнен из композитных материалов, корпус которого имеет установленную горизонтально трубу с тепловой рубашкой, внутри которой установлена связанная с источником газа барботажная система в виде двух труб, одна из которых установлена горизонтально в нижней части корпуса, а другая - горизонтально в его боковой внешней части, сепарационный блок выполнен с возможностью разделения на жидкую и твердую фракции и подачи жидкой фракции в блок отделения аммония, связанный по воде с блоком подготовки исходного сырья.
В одном из вариантов барботажная система выполнена с возможностью периодической подачи газа через нижнюю трубу.
В предпочтительном варианте труба ферментера выполнена изогнутой, а конфигурация труб барботажной системы подобна конфигурации корпуса ферментера.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен разрез корпуса ферментера (увеличено), на фиг. 2 - сечение по Α-A на фиг 1 - схема прямоточной биогазовой установки при выполнении корпуса ферментера в виде изогнутой трубы.
Прямоточная биогазовая установка содержит блок 1 подготовки исходного сырья, последовательно связанные с ним емкость 2 для ацидогенной обработки субстрата, ферментер 3, выходной коллектор 4, сепарационный блок 5 и блок 6 выделения аммония из жидкой фракции. Ферментер 3 выполнен из композитных материалов, на основе армированного стеклопластика, корпус ферментера установлен горизонтально и имеет форму трубы с диаметром от 3 до 10 м с тепловой рубашкой 7. Труба ферментера может быть выполнена изогнутой. Внутри корпуса ферментера установлена барботажная система, выполненная в виде двух систем труб с конфигурацией, подобной конфигурации корпуса ферментера в случае выполнения корпуса ферментера в виде изогнутой трубы, одна из которых - 7 - установлена горизонтально в нижней части корпуса, а другая - 8 - горизонтально в его боковой внешней части. Барботажные системы 7 и 8 связаны с источником газа 9 и имеет форсунки, для подачи газа в ферментер.
Сепарационный блок 5 выполнен с возможностью разделения на жидкую 10 и твердую 11 фракции и подачи жидкой фракции 10 в блок 6 отделения аммония, связанный по воде линией 12 с блоком 1 подготовки исходного сырья. Тепловая рубашка связана с источником тепла 13 (горячей воды).
Барботажная система может быть выполнена с возможностью периодической подачи газа в нижнюю систему труб 8.
Прямоточная биогазовая установка работает следующим образом.
Субстрат (исходное сырье - отходы растительного и животного происхождения, бытовые отходы, ботва, стебли растений, навоз животных и птицы, сточные воды) подается в приемную яму блока 1 подготовки исходного сырья, где происходит (при необходимости) разбавление водой или очищенной жидкой фракцией и перемешивание сырья до получения однородной консистенции при влажности 89-93%, и с помощью насоса подается в биореактор 8-12 раз в сутки, таким образом, вытесняя, уже находящейся там субстрат. В емкости 2 для ацидогенной обработки субстрата происходит интенсивное размножение ацидогенных бактерий, что вызывает активный процесс преобразования органических веществ в жирные кислоты. Полученный субстрат, являющийся оптимальной средой для развития метаногенных бактерий, подается далее в ферментер 3, и медленно перемещается по нему к выходу. Перемешивание субстрата идет за счет барбатажной системы и системы обогрева, которые расположены вдоль стены ферментера. Барбатажная система представляет из себя систему труб с форсунками, из которых под небольшим избыточным давлением выходит биогаз, подаваемый насосом из буферной емкости 9, создающий активные конвективные потоки в субстрате, что исключает образование застойных зон. Газ, выходящий из расположенных на боковой внешней стороне реактора барботажных труб, вызывают интенсивное круговое движение. Расположенные в нижней части ферментера горизонтальные трубы 7 работает не постоянно, а с периодичностью 4-8 раз в сутки с целью разбить застойную зону, формирующуюся по оси трубопровода.
Для запуска метаногенеза необходимо постоянное возобновление метаногенной культуры в начале процесса. Для этого часть переработанного субстрата забирается насосом перед самым выходом и подается в начальную часть метаногенной части по линии доставки 14.
С выхода ферментера 3 переработанный субстрат попадает в выходной коллектор 4 и оттуда - в сепаратор 5. Твердая фракция 11 либо вывозится на поля, либо досушивается и гранулируется. Жидкая фракция 10, которая содержит около 3% сухих веществ может быть использована в качестве обратной воды для разбавления исходного субстрата. Для этого используется блок очистки от балластных веществ, основу конструкции которого составляет блок 6 отделения аммония от жидкой фракции.
В блоке 6 из жидкой фракции выделяется газообразный аммиак, который пропускается через колонну навстречу серной кислоте с образованием сульфата аммония, который является ценным минеральным удобрением. Используя тепло сжигания биогаза раствор выпаривается до насыщенного и кристаллический аммоний выпадает в осадок. Используя шиберную заслонку, расположенную снизу модуля, с периодичностью 1 раз в 3 дня происходит извлечение осадка. После доведения влажности до 10-15% сульфат аммония фасуется и может быть отправлен потребителям.
Биогаз собирается в верхней части ферментера, откуда по трубам под небольшим избыточным давлением попадает в буферную емкость 9 - газгольдер. Часть биогаза направляется в барбатажную систему. Энергия сжигания биогаза используется для обогрева ферментера. Процесс сжигания может быть осуществлен в ГПА или в котлах (на чертеже не показаны). Тепло сжигания передается воде, которая может быть использована для обогрева тепловой рубашки для поддержания оптимальной температуры реакции 35-40C°
В полезной модели обеспечивается высокая экологичность процесса за счет того, что исключается возможность содержания неполностью переработанного продукта на выходе установки, понижается вероятность утечек содержимого реактора в почву и попадания его в грунтовые воды и увеличивается срок службы реактора до 50 лет, так как использование стеклопластиковых труб большого диаметра в качестве материала для реактора дает возможность усовершенствовать систему перемешивания до степени полного устранения застойных зон и получения полностью обеззараженного и переработанного субстрата, использование блока очистки жидкого эфлюента от аммония позволяет использовать эфлюент в качестве обратной воды и не сливать его в канализацию или на рельеф или в хранилище, таким образом значительно снижая потребление внешней воды.