УСТАНОВКА С ПЯТИСЕКЦИОННЫМ БИОРЕАКТОРОМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к биоэнергетике, а именно к технологии анаэробного сбраживания органических отходов с выработкой биогаза и высококачественного органического удобрения. Полезная модель может найти широкое применение на сельскохозяйственных предприятиях и птицефабриках.
Известна биогазовая установка, относящаяся к технике комплексной утилизации сточных вод (патент RU №2167832, опубл.: 27.05.2001), которая может быть использована на свинофермах при переработке смываемого навоза с получением метана, белково-витаминной добавки, биоудобрения. Биогазовая установка содержит метантенк, с камерами кислого брожения сообщенными со сборником жидкого навоза, камера метанового брожения по шламу для его обезвоживания связана с ленточным пресс-фильтром, по биогазу - с газосборником, а по бражке и биогазу - с камерой ферментолиза, в которой установлены поперечные перфорированные перегородки, образующие секции, соединенные одна с другой переливными трубами. Недостатком установки является невозможность реализовать все стадии анаэробного разложения биомассы, что снижает производительность установки по метану и биоудобрению.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является биогазовая установка для переработки навоза (патент RU №2365080, опубл.: 27.08.2009). Биогазовая установка для переработки навоза содержит биореактор с последовательно сообщающимися емкостями с переливными перегородками. Биореактор снабжен трубопроводами для подачи навозного субстрата и отвода сброженной массы, подогревателями, перемешивающими устройствами и устройством для сбора и отвода биогаза. Биореактор состоит из основной емкости и пяти кольцевых емкостей дозревателей. На дне каждой емкости установлены трубчатые подогреватели.
Перегородки кольцевых емкостей дозревателей снабжены переливными окнами, расположенными диаметрально противоположно и на разной глубине. Над биореактором установлен газгольдер. Конструкция позволяет производить кормовые добавки и удобрения. В качестве основных недостатков можно указать следующие: низкие показатели энергосбережения установки; установка не обеспечивает непрерывный цикл по переработке навоза.
Целью заявленной полезной модели является повышение технологичности биогазовой установки утилизации органических отходов и обеспечение ее мобильности.
Установка с пятисекционным биореактором содержит газгольдер, загрузочный бункер с люком и трубопроводом приема биомассы, соединенный с биореактором, состоящим из трех кольцевых рабочих секций анаэробного сбраживания, цилиндрической секции обеззараживания, кольцевой секции осветления, сообщающихся между собой через верхние торцы смежных стенок секций, при этом рабочие секции имеют различные диаметры, но одинаковую величину кольцевого зазора, что обеспечивается за счет ступенчатого уровня дна секций при одинаковом уровне верхних торцов стенок, при этом дополнительно снабжена прочным базовым корпусом, который крепится к кузову автомобиля с прицепом болтовым соединением, содержит механические мешалки, закрепленные на радиальных валах, проходящих через гидравлические уплотнения в базовом корпусе, стенках и перегородках рабочих секций между теплообменниками, каждая рабочая секция биореактора разделена на две части тонкой цилиндрической перегородкой, выполненной из материала с хорошей теплопроводностью, при этом каждая из перегородок центрируется кольцевыми пазами поддона, в нижней части перегородок сделаны отверстия для перетекания субстрата, а в верхней пазы на высоте, превышающей уровень жидкого субстрата при загрузке, в каждом из пазов находятся по две трубы (подающая и обратка) лучевой разводки теплоносителя от центрального коллектора, соединенного с газовым котлом, установленным вне биореактора. Прочный базовый корпус может быть выполнен стальным.
Сборная конструкция из типовых элементов обеспечивает мобильность установки и возможность ее транспортирования по дорогам общего назначения.
Полезная модель поясняется чертежом, где показан продольный разрез биогазовой установки.
На фиг.1 показана структурная схема установки для утилизации органических отходов непрерывного действия. Установка содержит пятисекционный биореактор 1: три кольцевые рабочие секции 2, 3, 4 в соответствии с тремя стадиями анаэробного сбраживания, цилиндрическую секцию 5 обеззараживания и кольцевую секцию осветления шлама 14, сообщающиеся между собой при загрузке субстрата. Секции устанавливаются на общем основании 6, выполненном со ступенчатым уровнем дна секций 2, 3, 4, 5 для сохранения их объема и ширины. Чем ближе секция к центру биореактора, тем больше высота секции. Каждая рабочая секция биореактора разделена на две части тонкими цилиндрическими перегородками 26, 27, 28 из материала с хорошей теплопроводностью. Нижними торцами перегородки центрируются кольцевыми пазами поддона. В нижней части перегородок сделаны отверстия для перетекания субстрата из одной части в другую при загрузке биомассы в биореактор. В верхней части разделительных перегородок сделаны пазы на высоте, превышающей динамический уровень жидкого субстрата при загрузке. В каждом из пазов находятся по две трубы (подающая и обратка) лучевой разводки теплоносителя (воды) от газового котла 18 через центральный коллектор 16 к теплообменникам 13. Теплообменники - пластинчатые радиаторы, погружены вертикально в секциях 2, 3, 4, 5 в жидкий субстрат для его подогрева.
Свободная поверхность жидкого субстрата для уменьшения теплопотерь во всех секциях засыпается слоем пенопластовых гранул или другим подобным материалом. Для предотвращения слива этих гранул в обеззараживатель на его входе устанавливается дырчатая решетка - фильтр 30.
Загрузка производится через загрузочный бункер 7 с измельчителем 8, люк 9 и трубопровод приема биомассы 10. Предусмотрена система отвода биогаза в газгольдер 17. Газовый котел, установленный вне биореактора, использует в качестве основного топлива биогаз из газгольдера. При запуске установки котел работает на баллонном сжиженном или природном газе. После выхода установки на рабочий режим котел работает на основном топливе - биогазе, поступающем из газгольдера установки через фильтры-влагоотделители. Осветленный шлам из секции 14 сливается через верхний выпускной кран 11, жидкий шлам выгружается из отстойника 15 через шламоотводчик 12.
Биореактор устанавливается в прочном базовом корпусе 19 и может размещаться в кузове автомобиля с прицепом, при этом базовый корпус крепится к кузову болтовым соединением 20.
Установка работает следующим образом.
Биореактор 1 устанавливается в базовом корпусе 19, при запуске все секции заполняются жидким субстратом или водой. Биомасса подается из бункера 7 с измельчителем 8 и через люк 9 с трубопроводом 10 в рабочую секцию 2 биореактора. Перетекание биомассы по секциям происходит через верхние торцы смежных стенок секций при каждой очередной загрузке (один раз в 5-6 дней) новой порции биомассы. Объем каждой рабочей секции равен объему одной порции загружаемой биомассы. Постоянство объема рабочих секций 2, 3, 4, имеющих одинаковую величину кольцевого зазора и цилиндрической секции обеззараживания 5, обеспечивается за счет ступенчатого уровня дна секций 6 при одинаковом уровне верхних торцов стенок. Перетекание субстрата происходит при загрузке биомассы по закону сообщающихся сосудов с постоянным уровнем жидкого субстрата за счет слива осветленного шлама в окружающую среду через верхний выпускной кран 11 при закрытом нижнем 29.
Температура субстрата в каждой секции, требуемая по технологии сбраживания и обеззараживания, обеспечивается за счет количества, мощности и размеров применяемых теплообменников. Из секции обеззараживания горячий субстрат при загрузке биомассы вытесняется в отстойник 15 - ступенчатый объем, образованный нижней частью поддона, базовым корпусом и дном биореактора. Наличие такого отстойника уменьшает теплопотери из рабочих секций через их дно. Жидкий шламовый осадок из отстойника периодически удаляется через шламоотводчик 12 при закрытом верхнем выпускном кране 11 осветленной шламовой жидкости. Твердый и густой шламовый осадок удаляется скребками при регламентных работах по обслуживанию установки через выгребные люки (не показаны) в базовом корпусе после полного слива жидкого шлама через нижний сливной кран 29. Для перемещения твердого осадка скребками из рабочих секций в придонный объем при регламентных работах на дне секций предусмотрены извлекаемые пробки (не показаны). Дополнительно к гидродинамическому перемешиванию могут применяться механические мешалки 22, закрепляемые на радиальных валах 23, проходящих через гидравлические уплотнения 24 в базовом корпусе, стенках и перегородках рабочих секций установки между теплообменниками. Газгольдер установки закрывается крышкой 25 из жесткого теплоизоляционного материала (например, пеноплэкса) для уменьшения теплопотерь и исключения механических повреждений эластичной оболочки. За счет одинакового гидростатического давления во всех секциях становится возможным применение легких внутренних цилиндрических стенок секций из пластмасс с малой теплопроводностью. Прочным, например стальным, является только базовый корпус.
Технический результат при осуществлении предлагаемой полезной модели оценивается показателями технологичности и состоит в следующем: непрерывность процесса анаэробного сбраживания органических отходов с выработкой биогаза и высококачественного органического удобрения, повышающая ее производительность; мобильность установки; возможность размещения ее в кузове автомобиля и транспортирования по дорогам общего назначения; энергоэффективность за счет наличия придонного объема горячего обеззараживанного субстрата под дном биореактора, и применения теплообменников для подогрева биомассы, работающих на вторичном источнике энергии, получаемом в биореакторе; разделение зон сбраживания по температуре и обеспечение оптимальной температуры в каждой из зон; гидродинамическое перемешивание субстрата; ремонтопригодность в полевых условиях и удобство эксплуатации; полное обеззараживание шлама; минимум применяемых в изделии металлических деталей, минимальная материалоемкость конструкции.