БИОФЕРМЕНТАЦИОННОЕ ФОТОСИНТЕЗНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА

Полезная модель относится к устройствам для получения газовой смеси из отходов жизнедеятельности человека или животных. Получаемый продукт может быть использован в качестве альтернативной топливной смеси.
Известна биогазовая установка для переработки отходов животноводства с получением метана. Установка содержит камеру кислого брожения, соединенную со сборником жидкого навоза, камеру метанового брожения, газосборник, камеру ферментолиза с поперечными перфорированными перегородками и с выходным патрубком [Патент 2167832 RU, МПК C02F 11/04. Биогазовая установка / Тумченок В.И. - №99102017/13; заявл. 01.02.1999; опубл. 27.05.2001.] [1].
Известна установка для утилизации биомассы отходов животноводческих производств в виде расположенного под землей реактора в виде емкости, разделенной на секции, и узлов загрузки и выгрузки. Загрузочный и разгрузочный транспортеры введены в донную часть крайних секций реактора [Патент 2074600 RU. МПК А01С 3/02. Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов / Сафин Р.Г. и др.; Научно-технический центр по разработке прогрессивного оборудования. - №93003849/15; заявл. 26.01.1993; опубл. 10.03.1997.] [2].
Известна биогазовая установка в виде реактора с расположенным внутри теплообменником, с загрузочным и разгрузочным люками, перемешивающее устройство и солнечный нагреватель, установленный вне реактора. Образующийся газ поступает потребителям через газгольдер [Патент 2065408 RU. МПК C02F 3/28; C02F 11/04. Биогазовая установка / Ильин А.К. и др.; Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН. - №94011881/26; заявл. 05.04.1994; опубл. 20.08.1996] [3].
Известен биореактор для получения метана из отходов животноводства с системой циркуляции среды, включающий трубопроводы для сбраживаемой массы и газа [Патент 2017811 RU. МПК С12М 1/107. Установка для разложения отходов животноводства и получения метана / Тумченок В.И.; Хабаровский станкостроительный завод. - №4904916/13; заявл. 24.01.1991; опубл. 15.08.1994.] [4].
Известные устройства имеют значительные размеры, сложны по конструктивному исполнению и для оптимального функционирования требуют значительных площадей. Кроме того, получение целевых продуктов в известных устройствах связано со значительными затратами энергии и эксплуатационными расходами, что повышает себестоимость продукта. Необходимость транспортировки получаемых продуктов также значительно влияет на его конечную стоимость.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение стоимости получения газового продукта для использования его в качестве топлива, снижение негативного воздействия деятельности человека на окружающую среду.
Технический результат достигают применением устройства, содержащего биоферментационный блок, биосмеситель, биофотосинтезный генератор кислорода и биоразлагательный бак, соединенных между собой трубопроводными системами. Биоферментационный блок состоит из резервуара с водой, в котором расположен ферментационный реактор. Ферментационный реактор имеет отверстия для патрубков. Один из патрубков служит для подачи исходной смеси для ферментации, другой для отвода образующейся газовой смеси, третий расположен в нижней части реактора. Через него происходит слив отработанной биомассы. В резервуаре предусмотрено отверстие для подачи воды. Резервуар с водой помещен в камеру, обеспечивающую вакуумную прослойку вокруг указанного резервуара. Камера имеет отверстие для откачивания из нее воздуха. Ферментационный реактор соединен трубой для отвода образующейся газовой смеси с резервуаром-накопителем газа, который соединен воздуховодами с емкостью, в которой вокруг центральной оси расположены лопасти турбины. Емкость с турбиной соединена трубой с потребителем получаемой газовой смеси.
Биоферментационный блок соединен с биофотосинтезным генератором кислорода при помощи биосмесителя с перемешивающим механизмом и системы труб.
Биофотосинтезный генератор кислорода выполнен в виде резервуара из светопроницаемого материала с системой подачи в него исходных компонентов для фотосинтеза и может быть снабжен оптической системой зеркал, состоящей из откидного зеркала, верхнего отражателя, линзы и зеркала внутреннего отражения.
Биоразлагательный бак представляет собой емкость, внутри которой расположен поршень со штоком, конец которого расположен вне емкости, шток поршня снабжен пружиной, расположенной между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью верхней стенки емкости. Биоразлагательный бак в нижней части имеет трубу для удаления отработанной массы.
Биофотосинтезный генератор кислорода соединен с биосмесителем с помощью трубы, по которой из него в биосмеситель поступает кислородная смесь. К биосмесителю подведены также загрузочная труба и труба подачи смеси исходных компонентов в биоферментационный блок.
Биофотосинтезный генератор кислорода соединен с биоразлагательным баком системой труб, по одной из труб в биоразлагательный бак поступает отсевная биомасса, по другой в резервуар для фотосинтеза генератора кислорода поступает образовшийся в биоразлагательном баке углекислый газ.
Система подачи исходных компонентов для фотосинтеза бактериохлорофиллов в резервуар биофотосинтезного генератора кислорода представляет трубу, соединенную с трубой для подачи углекислого газа.
Работа устройства в целом обеспечивает получение топливной смеси с малыми затратами, утилизацию отходов жизнедеятельности человека и/или животных, является экологически безопасной и экономически выгодной.
Конструкция устройства поясняется представленными чертежами.
Фиг.1 - общая схема устройства.
Фиг.2 - конструктивная схема биоферментационного блока.
Фиг.3 - конструктивная схема биофотосинтезного генератора кислорода с биоразлагательным баком.
Фиг.4 - схема биосмесителя.
Устройство содержит биоферментационный блок 1, биосмеситель 2 с патрубками для труб (Фиг.1). Одна из труб 3 соединяет биосмеситель 2 с биоферментационным блоком 1, по другой трубе 4 в биосмеситель 2 поступает кислородная смесь из биофотосинтезного генератора кислорода 5. По трубе 6 в смеситель поступает исходная фекально-дрожжевая смесь для загрузки в биоферментационный блок 1.
Биофотосинтезный генератор кислорода 5 соединен при помощи труб 7 и 8 с биоразлагательным баком 9.
Биоферментационный блок 1 включает резервуар 10 с водой, внутри которого расположен ферментационный реактор 11. Резервуар 10 с водой помещен в камеру, обеспечивающую вакуумную прослойку 12 вокруг указанного резервуара. Камера имеет отверстие 13 для откачивания из нее воздуха. Резервуар 10 имеет отверстие 14 для подачи и выпуска воды. Ферментационный реактор 11 имеет отверстия для патрубков. Труба 3 служит для подачи исходной смеси в ферментационный реактор 11 из биосмесителя 2. Труба 15 предусмотрена для отвода образующейся газовой смеси, которая поступает в резервуар-накопитель 16 газа. Патрубок 17 в нижней части ферментационного реактора предназначен для слива отработанной биомассы. Резервуар-накопитель 16 газа соединен воздуховодами 18 и 19 с емкостью 20, в которой вокруг центральной оси расположены лопасти турбины 21. Емкость 20 с турбиной 21 имеет патрубок 22 для присоединения трубы, отводящей газовую смесь потребителю.
Биофотосинтезный генератор кислорода (Фиг.3) выполнен в виде резервуара 23 из светопроницаемого материала, оснащенного оптической системой зеркал, в которую входит откидное зеркало 24, верхний отражатель 25, линза 26 и зеркало 27 внутреннего отражения и фокусировки. Резервуар 23 имеет патрубки 28, 29 и 30. Патрубок 28 предназначен для подачи в резервуар 23 водной смеси бактериохлорофиллов и углекислого газа. Углекислый газ поступает из биоразлагательного бака 9 по системе труб 7. По трубопроводу 31 в резервуар 23 поступает исходная водная смесь бактериохлорофиллов. К патрубку 29 присоединена труба 4 для подачи кислорода, соединяющая резервуар 23 с биосмесителем 2. Патрубок 30 служит для присоединения к нему транспортной системы 8, по которой отсевная масса из резервуара 23 поступает в биоразлагательный бак 9.
Биоразлагательный бак 9 выполнен в виде емкости, внутри которой расположен поршень 32 со штоком 33, на конце которого расположен механизм 34 для воздействия на поршень 32. Механизм 34 выполнен в виде диска и расположен вне емкости. Шток 33 поршня снабжен пружиной 35, расположенной между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью верхней стенки емкости. Поршень 32 имеет возможность перемещения внутри емкости биоразлагательного бака 9. Биоразлагательный бак 9 имеет три патрубка, к одному из которых патрубку 36 присоединена транспортная система 8. К патрубку 37 присоединена система труб 7 для отвода из рабочего пространства емкости биоразлагательного бака 9 углекислого газа и подачи его в резервуар 23 биофотосинтезного генератора кислорода 5. Отверстие с патрубком 38 расположено в нижней части емкости.
В биосмесителе 2 на оси расположен перемешивающий механизм 39.
Работа устройства происходит следующим образом. В резервуар 23 биофотосинтезного генератора кислорода 5 по трубопроводу 33 поступает необходимое количество бактериофиллов и воды. Через патрубок 28 туда же подают углекислый газ. Солнечный свет, проникающий в резервуар 23 непосредственно и/или через оптическую систему зеркал, при помощи линзы 26 запускает процесс фотосинтеза. В результате процесса в резервуаре 23 образуются глюкоза и кислород. Продукты реакции разделяются естественным образом. Кислород, при достижении им определенного объема, через клапан в отводящем патрубке 29 по трубе 34 поступает в биосмеситель 2. Глюкоза служит источником энергии для бактериохлорофиллов. Для усиления реакции образования кислорода резервуар может быть снабжен указанной выше оптической системой зеркал, состоящей из откидного зеркала 24, верхнего отражателя 25, линзы 26 и зеркала 27 внутреннего отражения и фокусировки.
В биосмеситель 2 по трубе 6 поступает исходная фекально-дрожжевая смесь. Эта смесь, перемешиваясь с поступающим из биофотосинтезного генератора 5 кислородом при помощи перемешивающего механизма 39 поступает в рабочее пространство ферментационного реактора 11. Одновременно с загрузкой ферментационного реактора 11 рабочей смесью в резервуар 10 через отверстие 14 подают подогретую воду, температура которой после заполнения резервуара 10 сохраняется в пределах 30-40°С. Через отверстие 13 производят откачку воздуха из камеры вокруг резервуара 10. После расчетной загрузки и необходимой подготовки происходит процесс ферментации, в результате которого в свободном пространстве ферментационного реактора 11 скапливается выделяемый газ и далее по трубе 15 поступает в резервуар-накопитель 16. Из резервуара-накопителя 16 газ по воздуховодам 18 или 19 поступает в емкость 20 на лопасти турбины 21, вращая их. Далее образовавшаяся в ферментационном реакторе 11 газовая смесь в качестве топлива подается потребителю через патрубок 22, к которому присоединяют отводящий трубопровод. Отработанная в процессе реакции биомасса сливается через патрубок 17.
2
Работу биоразлагательного бака 9 начинают с загрузки в него отсевной биомассы из резервуара 23 биофотосинтезного генератора кислорода 5. Через предусмотренный для этой цели патрубок 30 по транспортной системе 8 отсевную массу подают в биоразлагательный бак 9. Отбор этой биомассы необходим для сохранения положительного баланса живых и мертвых клеток при работе биофотосинтезного генератора кислорода и для устранения нехватки O в генераторе, необходимого для жизнедеятельности бактерий.
2
2
2
2
После загрузки закрывают кран в патрубке 30, это прекращает доступ O во внутрь устройства, что способствует гибели и разложению фотобактерий. Когда разложение осуществлено, выделенный при этом процессе CO заполняет свободную полость бака 9. Затем, воздействуя нажатием на диск 34, поршень 32 опускают вниз и происходит растяжение пружины 35. При этом углекислый газ СO сжимается и происходит его выход через патрубок 37 по системе труб 7 в резервуар 23 биофотосинтезного генератора кислорода 5. После этого происходит механический возврат поршня 32 до восстановления исходного положения пружины 35. Биомассу мертвых клеток можно использовать до тех пор, пока будет происходить выделение углекислого газа СО. Отработанную биомассу удаляют через отверстие с патрубком 38. Внешнюю поверхность биоразлагательного бака 9 можно покрыть черной краской, это будет способствовать подогреву биомассы для ускорения разложения клеток под действием тепловой солнечной энергии.
2
4
2
Биоферментационное фотосинтезное устройство позволяет получить недорогой топливный ресурс. Используя взаимодействие живых клеток дрожжей из фекальных масс с добавлением небольшого количества живых микроорганизмов в заранее загруженную в ферментационный реактор 11 биологическую массу, можно многократно увеличить их численность путем естественного размножения, а как следствие делает получение газовой смеси CO, CH, HS относительно дешевым предприятием. Проходя полный цикл в устройстве, газ попутно может производить также и механическую энергию, например, воздействуя на лопасти специального турбинного колеса 21, вращая его.
Для поддержания технологического процесса необходима теплая вода, залитая в специальный окружающий ферментационный реактор 11 резервуар 10, обеспечивающая температурный режим процесса (30-40°С), и периодическая замена сырьевой массы - фекалий и дрожжевых клеток.
Отработанная сырьевая масса может быть использована в качестве удобрения для улучшения плодородности почвы.
Предлагаемое устройство позволяет получать практически самовозобновляющийся источник энергии в замкнутой системе без подвода внешней энергии. Создавая процесс разложения органических структурных тканей - бактерий возможно использовать предлагаемое устройство для производства топливной смеси как источник получения тепловой энергии.