МЕТАНТЕНК
METHANE TANK

Изобретение относится к устройствам для двухступенчатого анаэробного сбраживания органических отходов и может быть использовано на животноводческих и птицеводческих фермах, сельских усадьбах и дачных участках.
Известен метантенк для сбраживания осадка сточных вод (а.с. СССР 552308, опубликованное 30.03.1977. Бюл. №12), содержащий резервуар с цилиндрическим корпусом и коническим днищем, внутри которого к его купольному покрытию коаксиально прикреплена не доходящая до днища концентрическая перегородка, образующая в верхней части метантенка внешнюю межстенную камеру разделения и внутреннюю центральную камеру сбраживания, снабженных газоотводными патрубками, а внутри центральной камеры установлены трубопровод подачи сырого осадка, мешалка и патрубок отвода осадка у днища.
Недостатком известного метантенка является то, что время сбраживания отходов является достаточно длительным, т.к. он не обеспечивает возможность разделения фаз кислотогенеза и метаногенеза, что существенно снижает производительность метантенка.
Известен также метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов (патент SU 2108702, опубликованный 20.04.1998), содержащий резервуар, изготавливаемый из различных материалов круглой, овальной, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы в плане с наклонными днищем и куполом, к последнему из которых прикреплена перегородка, имеющая расширяющийся к днищу раструб, под которым выполнен выпуклый к центру резервуара отражатель в виде кольца, а так же содержащий патрубки подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру и отвода сброженного осадка из внутренней камеры, патрубки отвода биогаза из внешней и внутренней камер.
Недостатком этого известного метантенка является то, что время сбраживания отходов является достаточно длительным, т.к. фазы кислотогенеза и метаногенеза разделены не полностью, поэтому сложно контролировать допустимую дозу загрузки во внутреннюю камеру. Также недостатком является то, что исключается возможность отделения летучих жирных кислот (далее ЛЖК), которые в свою очередь являются ингибиторами фазы метаногенеза.
Данный метантенк наиболее близок по технической сущности к заявленному и принят за прототип.
Техническим результатом предлагаемого метантенка является уменьшение длительности сбраживания органических отходов и повышение производительности.
Поставленная задача решается тем, что метантенк содержит герметичный резервуар с куполом и днищем, внутри которого расположены внутренняя и внешняя камеры сбраживания, патрубки подвода разжиженных органических отходов, отвода сброженной массы и патрубок отвода биогаза, внутренняя камера выполнена изолированной от внешней и расположена соосно внутри нее на опорах, соединенных с днищем резервуара, при этом внутренняя камера сообщена с внешней через систему трубопроводов, соединенных с сепаратором, состоящую из патрубка для подачи во внутреннюю камеру смеси летучих жирных кислот из сепаратора и воздуха из воздухозаборника, патрубка для подачи из внутренней камеры субстрата после фаз гидролиза и кислотогенеза в сепаратор для отделения летучих жирных кислот от густой массы, и трубопровода для подачи густой массы, отделенной от летучих жирных кислот в сепараторе, во внешнюю камеру самотеком.
На фиг.1 приведен общий вид метантенка в разрезе, а на фиг.2 представлен вид сверху в разрезе.
Метантенк представляет собой герметичный резервуар 1 с куполом 2 и днищем 3, внутри которого расположены соосно и изолированы друг от друга внешняя камера 4 и внутренняя камера 5. Для подачи во внутреннюю камеру 5, в которой осуществляют фазу кислотогенеза, свежих разжиженных органических отходов установлен патрубок 6. Из внешней камеры 4 удаляют сброженную массу по патрубку 7. Отвод биогаза осуществляют по патрубку 8, в котором установлен редукционный клапан 9. Внутренняя камера 5 патрубком 10 соединена с сепаратором 11. По патрубку 12 осуществляют подачу густой массы во внешнюю камеру 4. С помощью воздухозаборника 13 производят забор воздуха и направляют его по патрубку 14 с помощью компрессора 15 во внутреннюю камеру 5 по патрубку 16. Движение густой массы по патрубку 10 осуществляют насосом 17. Крепление внутренней камеры 5 осуществляют посредством опор 18, связанных с днищем 3 резервуара 1. Снизу во внешней камере 4 и внутренней камере 5 установлены люки 19 и 20, соответственно, для периодической очистки камер как от неразложившихся осевших органических веществ, так и от осадков неорганических включений (песок, гравий, металл и др.). Во внешней камере 4 к патрубку 6 установлен патрубок 21.
Метантенк работает следующим образом.
Предварительно нагретые разжиженные органические отходы с исходной влажностью под напором вводят во внутреннюю камеру 5 по трубопроводу 6, куда так же подают по патрубку 16 смесь ЛЖК из сепаратора 11 и воздуха из воздухозаборника 13 по патрубку 14 с помощью компрессора 15. Из внутренней камеры 5 субстрат после фаз гидролиза и кислотогенеза с помощью насоса 17 по патрубку 10 подают в сепаратор 11 для отделения ЛЖК от густой массы. Отделенная от ЛЖК густая масса поступает во внешнюю камеру 4 по трубопроводу 12 самотеком. Образовавшийся биогаз отводят по патрубку 8, который установлен на куполе 2, тогда как величина избыточного давления биогаза и величина его вакуума регулируется редукционным клапаном 9. Сброженная масса отводится по патрубку 7. Опоры 18, связанные с днищем 3 резервуара 1, удерживают внутреннюю камеру 5. Очистка камер от неразложившихся веществ осуществляется через люки 19 и 20, а если при работе метантенка совместно с разжиженными органическими отходами в него поступили ингибиторы процесса сбраживания (антибиотики, бытовая химия, токсичные вещества и др.), которые приводят к замедлению процесса сбраживания и сокращению выхода биогаза, необходимо остановить работу метантенка и промыть камеры сбраживания. Для этого нужно опорожнить внешнюю камеру 4 и внутреннюю камеру 5, открыть запорно-регулирующую арматуру на патрубке 21, а через патрубок 6 пустить воду и промыть эти камеры.
Поступление смеси ЛЖК и воздуха по патрубку 16 снизу вверх обеспечивает эффективное перемешивание сбраживаемой массы во внутренней камере 5, создает в ней постоянно «кипящую» поверхность жидкости, препятствуя тем самым образованию «корки». Регулирование температурного режима во внутренней камере обеспечивается температурой воды, необходимой для разжижения отходов на входе в патрубок 6. Температурный режим во внешней камере 4 поддерживается за счет теплообмена через разделительную стенку внешней и внутренней камеры.
Для периодического или постоянного контроля значений рН в патрубках 6, 7, 10, 12 и во внутренней и внешней камерах метантенка установлены датчики рН, взаимодействующие с программным пультом управления и кранами-регуляторами (на фигурах не показаны). Для отбора проб по замеру значений рН в лабораторных условиях и переносными рН-метрами рядом с датчиками или вместо них могут быть установлены ручные краны-пробоотборники.
Устройства теплоизоляции и грозозащиты метантенка, установка контрольно-измерительных приборов на фигурах не показаны, т.к. их выполнение возможно во многих вариантах.
Установление задаваемого значения рН сбраживаемой в метантенке массы обуславливается, в том числе, необходимостью обеспечения более полного эффекта гарантированного обеззараживания сбраживаемых отходов от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков, что более полно достигается в кислой среде сбраживания, устанавливаемой во внутренней камере 5 метантенка при широком диапазоне температур анаэробного сбраживания.
Вводимая под напором во внутреннюю камеру 5 разжиженная смесь свежих органических отходов, смешиваясь с находящейся в камере сбраживаемой массой, обсеменяется активным симбиозом микроорганизмов. Подача смеси ЛЖК и воздуха по патрубку 16 и обсеменение активным симбиозом микроорганизмов обеспечивает более быстрое расщепление (гидролиз) трудносбраживаемых составляющих отходов (гемицеллюлоза, целлюлоза, лигнин и другие полисахариды, белки, жиры), тогда как образуемые при этом ЛЖК и аминокислоты отбираются в сепараторе 11 перед подачей во внешнюю камеру 4 метантенка. Во внешней камере 4 метантенка преимущественно симбиоз метаногенерирующих микроорганизмов завершает ацетогенную и метаногенную фазы анаэробного брожения с выделением биогаза. Таким образом, сокращается время сбраживания органических отходов и увеличивается производительность метантенка.