БИОКОМПЛЕКС

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и предназначена для утилизации отходов животноводства, выращивания и переработки любых тепличных культур, выработки углекислого газа, а так же твердых и жидких органических удобрений.
Известен биокомплекс (RU 2124828 с приоритетом от 30.04.1997), содержащий теплицу с системами отопления, холодного и горячего водоснабжения, орошения, освещения и вентиляции, установленные на несущих балках грядки-лотки, водоем, расположенный под грядками-лотками и дорожками и сообщенный с системой аэрации, культиватор для размножения червей и получения биогумуса, а также птичник, сообщенным с водоемом и с площадкой, на которой установлена кормушка, при этом дно водоема выполнено с уступами, а дорожки выполнены подъемно-поворотными.
Недостатком аналога является повышенное потребление энергии и как следствие дорогостоящая продукция.
Известен биокомплекс (RU 2184440 с приоритетом от 19.07.2000), содержащий системы холодного и горячего водоснабжения, вентиляции с автоматическими узлами управления и водоемом грядки, расположенные на несущих балках над водоемом, выполнены в виде поднимающихся террас и образуют в едином тепловом объеме сверху изолированные отделения для выращивания тех или иных растений с соответствующим микроклиматом. По боковым и внутренним полостям грядок устроены отделения для птичника и других нужд, а внизу по сторонам водоема в углублениях устроены культиваторы биогумуса. Кроме того, стенки грядок гидроизолированы от водоема, имеют регулируемый дренаж в сливной желоб вне водоема. Стенки грядок имеют светоотражатели. Фундаментом рабочей части теплицы является ее корпус, а стенки грядок опираются на несущие балки водоема и внутренние опоры.
Недостатком аналога является повышенное потребление энергии и как следствие дорогостоящая продукция.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели взятьм за прототип является биокомплекс (69698 U1 с приоритетом от 31.07.2007), содержащий многоярусную теплицу с системами отопления, освещения, орошения и вентиляции.
Система отопления представлена метантенками, между которыми расположены тепличные помещения для выращиваний овощных культур и грибов, кроме того, биокомплекс снабжен мини ТЭС и емкостью для углекислого газа, помещениями для обработки продукции и консервирования, складом-холодильником. Многоярусная теплица снабжена передвижными платформами для ее обслуживания. Биокомплекс выполнен двухэтажным. Однако, в теплице биокомплекса отсутствует возможность регулировать и поддерживать необходимую температуру и происходят теплопотери, что отражается на замедлении роста растений. Кроме того, для оптимально процесса метаногенеза очень важно поддерживать постоянную температуру в метантанках либо при температуре 38°С (мезофильный режим), либо при температуре 55°С (термофильный режим). Электроэнергия в прототипе расходуется нерационально.
Недостатками прототипа являются низкие экономические показатели биокомплекса, обусловленные:
- нерациональным использованием электроэнергии и потерей тепла, вследствие отсутствия возможности регулировать и поддерживать необходимую температуру в теплице;
- отсутствием возможности регулирования и поддержания определенной температуры в метантенках, приводящей к замедлению процесса метаногенеза.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в снижении потерь тепла и обеспечении определенной температуры в метантенках и теплице, рациональном использовании электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в биокомплекс, содержащий теплицу с системами освещения и вентиляции, метантенки, снабженные коллекторами подачи сырья и выгрузки пульпы, коллекторами для сбора биогаза, емкость для углекислого газа, введены бункер загрузки исходного сырья, газгольдер, емкость для выгрузки биоудобрения, введена биогазовая установка, содержащая, блок предварительной подготовки сырья, когенерационную установку, систему разделения биогаза, теплообменный модуль содержащий, по меньшей мере, две емкости, блок теплообменников, при этом, метантенки, снабженные коллекторами подачи сырья и выгрузки пульпы и коллекторами для сбора биогаза выполнены в виде цилиндрических металлических емкостей с теплоизоляцией и введены в биогазовую установку, а бункер загрузки исходного сырья соединен с блоком предварительной подготовки сырья соединенным с метантенками, емкость для углекислого газа соединена с системой разделения биогаза, соединенной с газгольдером и коррегационной установкой, первая емкость теплообменного модуля, соединена с метантенками и с блоком теплообменников, а его вторая емкость - с введенным в теплицу блоком подачи теплого воздуха, причем в теплицу введены также система приточки теплого воздуха и вытяжка с рекуперацией тепла, образующие систему вентиляции теплицы. Метантенки расположены, например, линейно, по меньшей мере, в два ряда и (или) по периметру биогазовой установки. Теплица выполнена по системе гидропонного выращивания растений. Теплица содержит солнцезащитные экраны. Теплообменники, выполнены пластинчатыми. Система освещения теплицы содержит светодиодные светильники.
Сущность полезной модели заключается в том, что за счет введения в биокомплекс оригинальной по составу биогазовой установки, в которой метантенки выполнены в виде цилиндрических металлических емкостей с теплоизоляцией, содержится когенерационная установка с теплообменным модулем, а также применяется система приточки теплого воздуха и вытяжка с рекуперацией тепла в системе вентиляции теплицы обеспечивается снижение потери тепла в теплице и поддержание определенной температуры в метантенках, обеспечивается оптимальный процесс метаногенеза. Электроэнергия и тепло, получаемые от биогазовой установки рационально используются в биокомплексе.
На фиг.1 изображен общий вид биокомплекса; на фиг.2 - показан схематично вид сверху, где приняты следующие обозначения:
1 - биогазовая установка;
2 - теплица;
3 - бункер загрузки исходного сырья;
4 - газгольдер;
5 - емкость для углекислого газа;
6 - блок предварительной подготовки сырья;
7 - метантенки;
8 - коллектор подачи сырья и выгрузки пульпы;
9 - коллектор для сбора биогаза;
10 - система разделения биогаза;
11 - когенерационная установка;
12 - теплообменный модуль;
13, 14 - емкости теплообменного модуля;
15 - блок теплообменников;
16 - система приточки теплого воздуха;
17 - вытяжка с рекуперацией тепла;
18 - система освещения;
19 - солнцезащитные экраны;
20 - емкость для выгрузки биоудобрения;
21 - блок подачи теплого воздуха.
Биокомплекс содержит биогазовую установку 1, теплицу 2, бункер загрузки исходного сырья 3, газгольдер 4, емкость для углекислого газа 5, емкость для выгрузки биоудобрения 20. Биогазовая установка 1 содержит блок предварительной подготовки сырья 6, метантенки 7, снабженные коллекторами подачи сырья и выгрузки пульпы 8, коллекторами для сбора биогаза 9, систему разделения биогаза 10 (на метан (СН4) и углекислый газ (СО2), когенерационную установку 11, теплообменный модуль 12, выполненный по меньшей мере с 2-мя емкостями 13 и 14, блок теплообменников 15. Газгольдер 4 предназначен для сбора метана (СН4). В смежном с биогазовой установкой 1 помещении располагается теплица 2, выполненная по системе гидропонного выращивания растений оснащенная системой вентиляции, образованной системой приточки теплого воздуха 16 и вытяжкой с рекуперацией тепла 17, содержится блок подачи теплого воздуха 21. Также в теплице имеется система освещения 18 со светодиодными светильниками, производящими спектр светового излучения, необходимый для роста растений. Солнцезащитные экраны 19 расположенные в теплице защищают растения от солнечных ожогов в весенне-летний период.
Биокомлекс работает следующим образом. Отходы животноводства, преимущественно навоз или помет, поступают бункер загрузки исходного сырья 3, затем в блок предварительной подготовки сырья 6, в котором происходит их измельчение и доведение до необходимой влажности и температуры. В блок предварительной подготовки сырья 6 поступают также остатки растительного сырья из теплицы 2, если они образуются. Подготовленное сырье в виде пульпы направляется в один из метантенков 7 через коллектор подачи сырья и выгрузки пульпы 8, где подогревается до температуры, необходимой для деятельности термофильных бактерий, с помощью которых осуществляется биоконверсия органической составляющей пульпы с образованием биогаза, в состав которого входит в основном метан и углекислый газ. Биогаз по коллектору для сбора биогаза 9 поступает в систему разделения биогаза 10, в которой разделяется на метан с минимальным содержанием примесей и углекислый газ. Метан поступает в газгольдер 4, а оттуда в когенерационную установку 11, производящую электроэнергию и тепло, а углекислый газ - в емкость для сбора углекислого газа 5. Произведенная электроэнергия расходуется преимущественно на технологические нужды и освещение теплицы 2, а тепловая энергия расходуется через теплообменный модуль 12 на нагрев поступающей пульпы и подогрев теплицы 2 через блок подачи теплого воздуха 21.
Теплообменный модуль 12 состоит, по меньшей мере, из 2-х емкостей 13 и 14. Это предусмотрено для того, чтобы в системе не происходило перетока тепловой энергии для рационального ее использования и предотвращения тепловых потерь. В первой емкости температура теплоносителя составляет 55°С. Во второй емкости температура теплоносителя составляет 85-90°С. Первая емкость 14 соединена с блоком теплообменников 15, выполненных пластинчатыми, через которые проходит выгружаемая из метантанков 7 пульпа и оставляет излишнее тепло в теплообменном модуле 12. Вторая емкость 13 напрямую связана с когенерационной установкой 11, теплоноситель которой нагревается до температуры 85-90°С. Теплоноситель из емкости 13 передает тепло на блок подачи теплого воздуха 21 в теплицу и поддерживает температуру в емкости 14 теплообменного модуля 12. Работа этого теплообменного модуля 12 контролируется автоматикой.
Образующиеся в результате биоконверсии органические удобрения разделяются на жидкую и твердую фракции. Твердая фракция является основой для формирования почвогрунта для выращивания растений по малообъемной технологии, а жидкая - основой для гидропонной технологии выращивания растений. Излишки удобрений могут быть товарной продукцией, реализуемой на сторону.
Углекислый газ, полученный из системы разделения биогаза 10 также является компонентом питательной атмосферы для растений и используется в необходимых количествах в теплице 2.
Объем каждого метантенка 7 должен соответствовать суточному поступлению отходов либо 2-х кратному размеру суточного поступления отходов, если объем суточного поступления отходов небольшой, а их число должно быть либо не меньше числа дней, необходимых для осуществления полной биоконверсии суточной порции отходов, либо половину этого необходимого количества дней. В этом случае реализуется квазинепрерывный режим утилизации.
Метантенки 7 расположены, например, линейно, по меньшей мере, в два ряда и (или) по периметру биогазовой установки. Метантенки 7 выполнены в виде цилиндрических металлических емкостей с теплоизоляцией, в виде теплоизоляционного полимерного покрытия (жидкая теплоизоляция) - современные многофункциональные композиционные материалы на основе полимерного связующего, специальных наполнителей и целевых добавок. Жидкая сверхтонкая теплоизоляция является высокопористым теплоизоляционным материалом, который работает за счет реализации механизма блокирования (создания высокого термического сопротивления) 3-х видов теплопередачи - конвекции, кондукции и радиации. Микропористая структура покрытия при теплопередаче отражает и рассеивает более 82% излучения. За счет низкой теплопроводности, происходит «ослабление» теплового потока в толще материала, малая излучательная способность уменьшает уровень выходного теплового потока и обеспечивает снижение теплопотерь. Это сделано для рационального использования тепловой энергии и поддержания оптимального процесса метаногенеза.
Произведенная продукция доставляется в помещение для обработки и после упаковки отправляется непосредственно конечным потребителям без излишнего хранения в свежем виде.
Таким образом, за счет введения в биокомплекс оригинальной по своему составу биогазовой установки, позволяющей произвести биогаз, предназначенный для вырабатывания тепла и электричества, а также за счет выполнения метантенков с теплоизоляцией и теплицы с системой приточки теплого воздуха и вытяжкой и рекуперацией тепла, позволило регулировать и поддерживать определенную температуру как метантенках, так и в теплице.
Проведенные испытания биокомплекса показали также увеличение урожайности в 2-4 раза. Необходимо заметить, что производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды. Биогазовая установка дает возможность производства электроэнергии, которая используется для собственных нужд, что, значительно дешевле по сравнению с электроэнергией, произведенной из альтернативных источников энергии.