СИСТЕМА РЕСУРСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Полезная модель относится к области биохимической технологии и техническому обеспечению технологии закрытого грунта, а именно, к системе глубокой переработки органических отходов с получением биогаза и может найти применение при переработке муниципальных отходов, отходов ле-сопереработки и фермерских хозяйств для получения товарных количеств целевых продуктов и их использования, в том числе, в качестве удобрений и альтернативного газового энергоносителя, содержащего метан, используемые для ресурсного обеспечения тепличного комплекса.
Известна система переработки органических отходов, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, газоразделительный блок, трубопроводную и запорную арматуру, средства контроля и управления (Панцхава Е.С., Биогазовые технологии - радикальное решение проблем экологии, энергетики и агрохимии. Теплоэнергетика, 1994, №4, с.36).
К недостаткам известной системы следует отнести несовершенство имеющихся средств управления термодинамическими параметрами процесса анаэробного разложения отходов различного происхождения и отсутствие методики использования биогаза, в частности товарных количеств целевых продуктов, в том числе, метана и диоксида углерода с отделением токсичных веществ, например, сероводорода.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является система ресурсного обеспечения тепличного комплекса, содержащая реакторный блок для выработки биогаза, блоки осушки, очистки и газоразделения, средства подготовки отходов и вывода продуктов переработки, трубопроводную и запорную арматуру (патент РФ №99483, опубликован 2010.11.20, бюл. №32 - прототип).
Особенностью известной системы является то, что система содержит смешивающее устройство для формирования почвенного субстрата, используемого для выращивания культурных растений в тепличном комплексе, причем метан, получаемый после газоразделительного устройства через газопровод, используется для образования тепловой энергии для поддержания требуемого температурного режима в тепличном комплексе, причем вода, насыщенная углекислым газом, получаемая после газоразделительного устройства, подается в систему полива тепличного комплекса.
Известная система характеризуется отсутствием универсального устройства по преобразованию энергии биогаза для энергоресурсного обеспечения оборудования.
Технический результат заключается в создании экологически чистой системы глубокой биохимической переработки органических отходов различной природы с использованием более эффективной анаэробной технологии их разложения для получения коммерческих количеств целевых продуктов, используемых в качестве удобрений, подкормки и компонентов биогаза, содержащих ценные альтернативные энергоносители, в том числе метан, которые применяются для энергетического обеспечения биогазово-тепличных и фермерских комплексов.
Технический результат достигается тем, что система ресурсного обеспечения замкнутого цикла сельскохозяйственного производства, содержащая, биореакторный комплекс для выработки биогаза, газоразделительный комплекс, средства подготовки отходов, трубопроводную и запорную Арматуру, отличающаяся тем, что в системе содержится каталитический устройство преобразования энергии метана с выхода газоразделительного устройства в пары воды насыщенные углекислым газом с выделением теплоты для подачи его в воздушное пространство тепличного комплекса для поддержания в нем оптимального микроклимата, причем, в конструкции каталитического устройства содержится трубопроводная арматура при помощи которой производится отвод теплоты для поддержания требуемого температурного режима в тепличном, биореакторном, подготовительном комплексах, где в качестве теплоносителя используется вода, причем, переработанные в биореакторе отходы поступают в разделительный комплекс, где происходит разделение их на воду для подготовительного комплекса, удобрения для теплицы, подкормку для животных в виде В 12, причем теплота перерабатываемого субстрата при помощи теплового насоса подают в подготовительный комплекс для предварительного подогрева исходного субстрата.
На фиг.1 представлена блок-схема система ресурсного обеспечения замкнутого цикла сельскохозяйственного производства.
Система ресурсного обеспечения замкнутого цикла сельскохозяйственного производства содержит ферму 1, комплекс подготовки отходов 2, где происходит измельчение отходов и смешивание с водой, биореакторный комплекс 3, выполненный в виде двух вертикально установленных емкостей для выработки сырого биогаза, газоразделительный комплекс 4 необходимый для осушки и очистке биогаза.
Центральные патрубки в нижней части емкостей реакторного блока биореакторного комплекса 2 предназначены для вывода жидких отходов после переработки в разделительный комплекс 5, где происходит разделение на воду для подготовительного комплекса, удобрения для тепличного комплекса 6, подкормку для животных в ферме 1 виде В 12 и теплоты, которую с помощью теплового насоса 7 используют в подготовительном комплексе.
Метан из газоразделительного комплекса 4 с помощью трубопроводной арматуры поступает в емкости реакторного блока биогазового комплекса 3 для перемешивания субстрата, в каталитическое устройство 8, где производится отвод теплоты для поддержания требуемого температурного режима в тепличном, биореакторном, подготовительном комплексах и ферме, где в качестве теплоносителя используется вода и для преобразования энергии метана с выхода газоразделительного устройства в пары воды насыщенные углекислым газом с выделением теплоты для подачи его в воздушное пространство тепличного комплекса для поддержания в нем оптимального микроклимата.
Газообразные продукты из газоразделительного комплекса поступают в магистраль 9 для подачи в каталитическое устройство 8, откуда после сжигания метана тепловая энергия циркулирующего теплоносителя и продуктов сгорания используется для поддержания требуемых температурных режимов в тепличном комплексе. Вода насыщенная углекислым газом из блока газоразделения 4 подается в тепличный комплекс 6 на устройство полива.
Емкости биореакторного комплекса 3 снабжена теплообменными рубашками, полость которых соединена с помощью трубопроводной арматуры с каталитическим устройством 8. Агрегаты подготовки первичных отходов и вывода переработанных отходов из емкостей биореакторного комплекса 3 выполнены с возможностью перемещения между емкостями для их попеременного обслуживания по мере выработки биогаза.
Основные агрегаты системы, а так же агрегаты подготовки отходов и их вывода из реакторного блока размещены в отдельных помещениях, снабженных проточно-вытяжной вентиляцией, оборудованием по классу взрывоопасной зоны, а так же коммуникациями для предотвращения неконтролируемых накоплений и утечек биогаза (не показаны).
Система энергетического обеспечения биогазовых тепличных комплексов функционирует следующим образом.
Предварительно емкости биореакторного комплекса 3 промывают водой, продувают воздухом и заполняют блок осушки газоразделительного комплекса 4 силикагелем для снижения относительной влажности сырого биогаза, а блок очистки газоразделительного комплекса 4 циолитом типа NaX для удаления из осушенного биогаза основных примесей сероводорода. Навоз предварительно заполненный в подготовительный комплекс отходами животноводческой фермы 1 и тепличного комплекса 6 Подготовительный комплекс 2 предварительно заполненный отходами животноводческой фермы 1 и тепличного комплекса 6, производит измельчение, смешивание с водой в необходимом соотношении. Подготовленные отходы поочередно подаю в емкости биореакторного комплекса по мере выработке каждого из них. Одновременно запускают каталитическое устройство 8 с помощью газа из магистрали 9 и падают через соответствующие патрубки горячую воду в теплообменную рубашку биореакторного комплекса 3 и подготовительного комплекса, обеспечивая необходимый подогрев массы отходов для анаэробного разложения органического сырья. По мере выработке биогаза каталитическое устройство 8 отключают от газа из магистрали 9.
В предложенной системе возможно проведение технологической переработке различных органических субстанций с помощью термофильного и мезофильного анаэробного разложения отходов с получением биогаза.
По мере выпуска сырого биогаза поочередно из емкостей реакторного блока биореакторного комплекса 3 он, под естественным давлением, превышающем атмосферное, поступает в газоразделительного комплекса 4. От туда метан поступает в магистраль 9 для отправки к потребителю. Уходящая вода с высоким содержанием диоксида углерода из газоразделительного комплекса 4 используется в тепличном комплексе 6, для полива культурных растений. После выработки в одной из емкостей реакторного блока биогаза осуществляется его очистка от переработанных отходов, заправка новой порции свежих подготовленных отходов и подключение второй емкости реакторного блока на подачу биогаза в газоразделительный блок.
Предложенная система позволяет решить поставленную задачу энергетического обеспечения биогазово-тепличных фермерских комплексов путем использования всех продуктов анаэробной переработки органических отходов.
Метан из газоразделительного комплекса 4 поступает в каталитическое устройство 8, откуда после сжигания метана тепловая энергия циркулирующего теплоносителя и продуктов сгорания используется для поддержания требуемых температурного режима и микроклимата в тепличном комплексе 6. Вода насыщенная углекислым газом из газоразделительного комплекса 4 подается в тепличный комплекс 6 на устройство полива, обеспечивая при этом требуемую влажность растениям и обеспечивает прохождения процесса фотосинтеза.
Часть очищенного на выходе метана из газоразделительного комплекса поступает с помощью насоса трубопроводную систему в виде змеевика в перемешивающее устройство биореакторного комплекса 3 выполненной в виде трубы в форме плоской спирали для подачи части получаемого метана в рабочий объем реакторного блока через равнорасположенные по ее длине отверстия с целью барботажного перемешивания субстрата. Пузырьки метана при всплытии в субстрате встречают сопротивление. В результате возникает возмущение сбраживаемого субстрата и происходит перемешивание субстрата и отвод продуктов жизнедеятельности бактерий. Это необходимо для стабилизации температурного режима субстрата по всему объему емкостей реакторного блока, а так же обеспечения хорошего контакта микрофлоры с питательной средой, устранения токсических и ингибирующих продуктов метаболизма в емкостях.
Переработанные в биореакторном комплексе 3 отходы поступают в разделительный комплекс 5, где происходит разделение их на воду для подготовительного комплекса 2, удобрения для тепличного комплекса 6, подкормку для животных в виде В 12 фермы 1 и теплоты, которую с помощью теплового насоса 7 используют в подготовительном комплексе 2.
Предложение позволяет создать достаточно эффективную систему энергетического обеспечения биогазово-тепличных и фермерских комплексов за счет использования продуктов экологически чистой глубокой биохимической переработки органических отходов, в том числе, зеленой массы, отходов сельского хозяйства, животноводческих ферм и лесопереработки, водных растворов лактата, малата и другого органического сырья с получением товарных количеств биогаза и конечных целевых продуктов, в том числе, энергоносителей метана, ценных производных в виде удобрений, а также диоксида углерода в водном растворе и в воздушном пространстве, которые обеспечивают ресурсную потребность биогазово-тепличного и фермерского комплексов.