ЛИНИЯ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ БИОГАЗА

Предлагаемая полезная модель относится к технике утилизации отходов органического происхождения, с выработкой биогаза и органического удобрения, и может быть использована, в том числе на предприятиях агропромышленного комплекса (АПК) и жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).
Отходы предприятий АПК - экскременты птиц, животных, а также отходы ЖКХ (осадок сточных вод) без должной утилизации загрязняют окружающую среду, создают предпосылки к «парниковому эффекту». Между тем эти отходы можно переработать с получением биогаза и высококачественного органического удобрения. В связи с достаточно высоким содержанием энергии, биогаз можно использовать в качестве энергоносителя для производства энергии и тепла. Таким образом, перерабатывая продукты жизнедеятельности человека, животных, и птицы, предприятие получает из него газ, электроэнергию, тепло и удобрения отличного качества. Это позволит снизить долю энергетических затрат в себестоимости готовой продукции, обеспечит предприятие энергетическими ресурсами без использования внешних источников энергии и создаст экологическую чистую зону.
Известна установка для выработки биогаза, содержащая камеры кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, подкамеры метанового брожения для обработки биогаза и осветленной бражки с установленными в них барботерами. Камера кислого брожения сообщена с емкостью исходной массы с измельчительным устройством и гомогенизатором, деструктором тонкого измельчения, подогревателем. Установка также содержит биокультиватор, связанный с микрофильтром и с дезинтегратором, теплообменником-стерилизатором и емкостью для белково-витаминной добавки (см. RU №2047573, C02F 11/04, 10.11.1995 г.).
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является установка для выработки биогаза, содержащая размещенный в грунте корпус метантенка, выполненный с камерами кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, снабженной сборником иловой воды, с образованием под ними емкостей и камеры метанового брожения. Под перекрытиями камер кислого и регрессии кислого брожения расположена емкость биогаза, выполненная с газовым затвором от камеры щелочного брожения и сообщена с секциями предкамеры метанового брожения, выполненных с патрубками подвода биогаза, лучевыми барботерами. Установка включает смеситель, отделитель, измельчитель, диспергатор, микрофильтры, дезинтеграторы, биокультиватор, теплообменник и емкость для белково-витаминной добавки (см. RU №2069192, C02F 11/04, 2011.1996 г.).
Общим недостатком вышеуказанных известных способов являются изготовление камер биохимических реакций (биореактор) и других конструктивных элементов установок из металла или из бетона (см. В.Баадер, Е.Доне, М.Бренндерфер. Биогаз: Теория и практика - М. Колос, 1982 - 148 с.). При соприкосновении металла с высокореактивной средой - биомассой, он корродирует, что снижает срок службы установок. Бетонные изделия имеют поры, которые возникают в результате их твердения, и образовавшийся биогаз через стены емкостей проникает в атмосферу, что снижает выход газа и отрицательно влияет на окружающую экологию. Кроме того, в известных установках гомогенизации или диспергированию подвергается средняя часть находящейся в емкости биомассы, а всплывшие или осевшие на дно частицы не подвергаются дроблению, что приводит к длительности биохимических реакций (брожения).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является сокращение длительности процесса брожения биомассы, увеличение выхода биогаза, повышение срока службы емкостей, повышение экологической безопасности, снижение себестоимости получаемого биогаза.
Указанный технический результат достигается тем, что в линии для выработки биогаза, включающей устройство для диспергирования биомассы, гидролизный реактор, биореактор, газгольдер и накопитель биоудобрений, согласно полезной модели устройство для диспергирования биомассы содержит установленный в рабочей емкости гидродинамический излучатель с широким спектром частоты, которую регулируют таким образом, чтобы обеспечить условие резонанса с собственной частотой частиц биомассы, рабочая емкость снабжена трубопроводами с вентилями для повторного диспергирования легкой и тяжелой фракции биомассы, соединенными через насос с гидродинамическим излучателем, между вентилем для тяжелой фракции и насосом установлен измельчитель, при этом гидролизный реактор и биореактор линии изготовлены из газонепроницаемого и химически устойчивого полимерного материала.
Отличительным признаком заявляемой полезной модели является использование устройства для диспергирования биомассы, которое обеспечивает обработку всех частиц биомассы независимо от их плотности и получение высокодисперсной и устойчивой массы. С повышением степени дисперсности биомассы увеличивается площадь внешней поверхности частиц биомассы, приводящее к сокращению длительности процесса брожения биомассы, следовательно, уменьшению общего объема емкостей и в итоге, к снижению стоимости и повышению кпд заявляемой линии. В заявляемой полезной модели используют устройство для диспергирования биомассы по патенту RU №54815, B01F 3/10, 3/12, 27.07.2006 г.
Кроме того, отличием полезной модели от известных установок является изготовление гидролизного реактора и биореактора из газонепроницаемого и химически устойчивого полимерного материала. Это позволяет повысить срок службы реакторов, снизить себестоимость, исключить потери биогаза через стенки реакторов, что обеспечивает увеличение выхода биогаза и повышение экологической безопасности.
Таким образом, выявленные отличительные признаки заявляемой полезной модели обеспечивают достижение указанного выше технического результата.
Заявляемая полезная модель поясняется графическим материалами, где на фиг.1 схематическими представлена линия для выработки биогаза, на фиг.2 - устройство для диспергирования биомассы.
Линия для выработки биогаза содержит устройство 1 для диспергирования биомассы (диспергатор), соединенный с гидролизным реактором 2, биореактор 3, соединенный с газгольдером 4 и накопителем биоудобрений 5 (см. фиг.1). Гидролизный реактор 2 и биореактор 3 изготовлены из газонепроницаемого и химически устойчивого полимерного материала.
Устройство 1 для диспергирования биомассы (см. фиг..2) включает приемные баки 6 для воды и биомассы, соединенные с рабочей емкостью (ванной) 7, в которой установлен гидродинамический излучатель 8, имеющий широкий спектр частоты, которую регулируют с помощью вентиля, соединенного с манометром (на фиг. не показан). Рабочая емкость 7 снабжена трубопроводами с вентилями 9 и 10 для повторного диспергирования соответственно легкой и тяжелой фракции биомассы. Вентиль 9 через трубопровод соединен с приемником 11, установленным в рабочей емкости 7 на верхнем уровне (легкой фракции) биомассы. Трубопроводы с вентилями 9 и 10 соединены через насос 12 с гидродинамическим излучателем 8. Между вентилем 10 для тяжелой фракции биомассы, расположенным в нижней части рабочей емкости 7, и насосом 12 установлен измельчитель 13.
Линия для выработки биогаза работает следующим образом.
Биомасса с водой из приемных баков 6 устройства для диспергирования 1 поступают в рабочую емкость 7, где они смешиваются до однородного состояния и происходит предварительное диспергирование: размалывание крупных частиц биомассы и диспергирование ее твердых образований. При этом часть биомассы (легкая фракция) «всплывает», а часть (тяжелая фракция) опускается на дно емкости 7. Для диспергирования легкой фракции биомассы открывают вентиль 9 и закрывают вентиль 10. При этом насос 12 посредством приемника 11 подает легкую фракцию биомассы на гидродинамический излучатель 8, где она подвергается измельчению. В процессе обработки биомассы регулируют спектр частот излучателя 8 с помощью вентиля и манометра (на фиг. не показан) и поддерживают в системе давление, соответствующее условию резонанса с собственной частотой частиц биомассы. Для диспергирования тяжелой фракции биомассы открывают вентиль 10 и закрывают вентиль 9. При этом насос 12 подает тяжелую фракцию биомассы на измельчитель 13, где ее размалывают, а затем - на гидродинамический излучатель 8, который ее разрушает.
Измельченная биомасса из устройства 1 для диспергирования поступает в гидролизный реактор 2, где проходит первая фаза биохимической реакции: устойчивые составляющие (протеины, жиры и углеводы) разлагаются на простые (аминокислоты, глюкозу, жировые кислоты). Здесь же происходит удаление аммиака из реактора 2. Образованные в гидролизном реакторе 2 простые составляющие проходят еще три фазы биохимической реакции в биореакторе 3: кислотообразующую (разложение на органические кислоты, спирт, альдегиды, водород, диоксид углерода, аммиак, сероводород), ацетогенную (вырабатывается уксусная кислота), метаногенез (уксусная кислота разлагается на метан, углекислый газ и воду). Полученный в биореакторе 3 биогаз накапливается в газгольдере 4, а отходы биомассы, представляющие собой высококачественное органическое удобрение, поступают в накопитель биоудобрений 5.