установка метанового брожения

Формула изобретения

Установка метанового брожения, включающая сборник жидкого помета, сообщенный с биореактором, выполненным из камер: кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, снабженных патрубками, сообщенных друг с другом через диспергаторы, причем камера метанового брожения по биогазу сообщена с газосборником, а по шламу - с ленточным пресс-фильтром, а по осветленной бражке сообщена с ферментатором, включающим корпус с технологическими патрубками, перфорированными перегородками, образующими секции, причем нижняя секция сообщена нагнетателем биогаза из газосборника, отличающаяся тем, что корпус ферментатора выполнен из светопроницаемого материала, снабжен светильниками, установленными с наружной стороны стенок корпуса, а нижняя секция ферментатора сообщена с диспергатором, включающим корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, а по оси установлен ротор с ребристой цилиндрической поверхностью, взаимодействующей через жидкостной кольцевой канал с ребристой цилиндрической поверхностью корпуса, а нагнетательный патрубок диспергатора - с ленточным пресс-фильтром, а сборник осветленной воды пресс-фильтра сообщен с дезинтегратором, включающим цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный по оси корпуса ротор с впадинами, взаимодействующими через жидкостной кольцевой канал с выступами и впадинами упругой накладки с водопроницаемыми отверстиями; превышающим размер капилляра, сообщающими жидкостной кольцевой канал с полостью между накладкой и корпусом, разобщенной от всасывающего и нагнетательного патрубков, а полость сообщена патрубком со сборником смеси протиевой и дейтериевой воды и последующими, как минимум, двумя степенями дезинтеграторов, патрубок последней ступени дезинтегратора сообщен с приемной камерой электролиза, включающей полупроницаемые перегородки секций анодной кислого раствора и катодной щелочного раствора, причем катодная секция сообщена с камерой щелочного брожения биореактора, анодная секция сообщена со сборником кислорода, а секция катодная - со сборником дейтерия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области утилизации жидкого помета на птицефабриках с клеточным содержанием птицы с последующей выработкой биогаза, биоудобрений, белково-витаминной добавки (БВД) и дейтерия для термоядерных реакторов.

Известна установка метанового брожения, включающая сборник жидкого помета, сообщенный с биореактором, выполненным из камер кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, снабженных патрубками и сообщенных друг с другом через диспергаторы, причем камера метанового брожения по биогазу сообщена с газосборником, по шламу с ленточным пресс-фильтром, а по осветленной бражке сообщена с ферментатором, включающим корпус с технологическими патрубками, перфорированными перегородками, образующими секции, причем секции снабжены нагнетателями биогаза в нижнюю секцию ферментатора из газосборника (патент РФ N 2102468, кл. C 12 M 1/00, 1995), недостатком которого является невысокое содержание метана в биогазе, затрудняющее его использование, что снижает эффективность.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет увеличения концентрации метана в биогазе достигается тем, что корпус ферментатора выполнен из светопроницаемого материала, снабжен светильниками, установленными с наружной стороны стенок, а нижняя секция ферментатора сообщена с диспергатором, включающим корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, а по оси корпуса установлен ротор с ребристой цилиндрической поверхностью, взаимодействующей через жидкостной кольцевой канал с ребристой цилиндрической поверхностью корпуса, а нагнетательный патрубок диспергатора сообщен с ленточным пресс-фильтром, а сборник осветленной воды ленточного пресс-фильтра сообщен с дезинтегратором, включающим цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный по оси корпуса ротор с впадинами, взаимодействующими через жидкостной кольцевой канал с выступами и впадинами упругой накладки с водопроницаемыми отверстиями, сообщающими жидкостной кольцевой канал с полостью между накладкой и корпусом, разобщенной от всасывающего и нагнетательного патрубков, а полость сообщена патрубком со сборником смеси протиевой /H₂O/ и дейтериевой /D₂O/ воды и последующими как минимум двумя ступенями дезинтеграторов, патрубок полости последней ступени дезинтегратора сообщен с приемной камерой электролиза, включающей полупроницаемые перегородки секций анодной кислого и катодной щелочного растворов, причем катодная секция сообщена с камерой щелочного брожения биореактора, анодная секция сообщена со сборником кислорода, а катодная со сборником дейтерия.

При выращивании на осветленной бражке хлореллы при продувке биогазом хлорелла использует углекислый газ биогаза и соответственно обогащает его метаном. Подача щелочного раствора из катодной секции камеры электролиза создает благоприятные условия для жизнедеятельности метаногенов в камере метанового брожения с повышением концентрации метана в биогазе. Соответственно достигается цель изобретения - повышение концентрации метана в биогазе.

На чертеже схематически изображена установка метанового брожения, включающая сборник 1 жидкого помета, сообщенный с биореактором 2, выполненным из камер: 3 - кислого, 4 - нейтрального, 5 - щелочного, 6 - метанового брожения, снабженных патрубками 7 и 8, сообщенных друг с другом через диспергаторы 9, причем камера 6 метанового брожения по биогазу сообщена с газосборником 10, а по шламу с ленточным пресс-фильтром 11, а по осветленной бражке сообщена с ферментатором 12, включающим корпус с технологическими патрубками 13 - 16, перфорированными перегородкам 17, образующими секции 18, причем нижняя секция 18 сообщена нагнетателем биогаза 19 из газосборника 10. Корпус 20 ферментатора 12 выполнен из светопроницаемого материала, снабжен светильниками 21, установленными с наружной стороны стенок корпуса 20, а нижняя секция 18 ферментатора 12 сообщена с диспергатором 22, включающим корпус 23 со всасывающим и нагнетательным патрубками 24 и 25, а по оси корпуса 23 установлен ротор 26 с ребристой цилиндрической поверхностью 27, взаимодействующей через жидкостной кольцевой канал 28 с ребристой цилиндрической поверхностью 29 корпуса 23, а нагнетательный патрубок 25 диспергатора 22 сообщен с ленточным пресс-фильтром 30, а сборник 31 осветленной воды пресс-фильтра 30 сообщен с дезинтегратором 32, включающим цилиндрический корпус 33 со всасывающим 34 и нагнетательным 35 патрубками, установленный по оси корпуса 33 ротор 36 с впадинами 37, взаимодействующими через жидкостной кольцевой канал 38 с выступами 39 и впадинами 40 упругой накладки 41 с водопроницаемыми отверстиями (на чертеже не показаны), превышающими размер капилляра, сообщающими жидкостной кольцевой канал 38 с полостью 42 между накладкой 41 и корпусом 33, разобщенной от всасывающего 34 и нагнетательного 35 патрубков, а полость 42 сообщена патрубком 43 со сборником 44 смеси протиевой и дейтериевой воды и последующими как минимум двумя ступенями дезинтеграторов 45 и 46, патрубком 47 полости последней ступени дезинтегратора 46 сообщен с приемной камерой 48 электролиза, включающей полупроницаемые перегородки 49 секций 50 анодной кислого раствора и 51 катодной щелочного раствора, причем катодная секция 51 сообщена с камерой 5 щелочного брожения биореактора 2, анодная секция 50 сообщена со сборником 52 кислорода, а секция 51 катодная - со сборником 53 дейтерия.

Установка метанового брожения при выработке биогаза, биоудобрения, белково-витаминной добавки (БВД), дейтерия и кислорода работает следующим образом.

Жидкий помет с фабрики с клеточным содержанием птицы гидросмывом и гидросплавом поступает в сборник 1, а из него - в биореактор 2, где последовательно подвергается воздействию кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов, метаногенов в камерах 3 - 6: кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения. В каждой камере помет превращают в субстрат последовательным диспергированием взвесей в диспергаторах 9 аналогично описываемому ниже диспергатору 22. При обработке в диспергаторе скоростной напор неоднократно переходит в статический, пульсации напоров вызывают нагрев субстрата до температуры 24 - 36^oC. Субстрат заполняет биореактор 2 на 4/5 его объема, в верхней части происходит накопление газообразных продуктов брожения. Пузырьки газовой фазы обволакивают частицы взвесей субстрата и выносят в верхнюю часть камер 3 - 6, образуя корку на поверхности субстрата, а поэтому субстрат через патрубок 7 забирают в верхней части, после диспергирования выбрасывают через патрубок 8 в нижней. Многократность обработки взвесей приводит к гомогенизации субстрата и частицы взвесей по размерам становятся сопоставимыми с размерами микрофлоры камер 3 - 6. Под воздействием микрофлоры осуществляется минерализация взвесей, которые в воде шлама накапливаются в нижней части биореактора 2 и отводятся в ленточный пресс-фильтр 11 для обезвоживания. На выходе из ленточного пресс-фильтра 11 получают лепешку биоудобрения, лишенного запаха, что создает условия для его хранения в открытых буртах. Осветленная бражка через патрубок 13 поступает в ферментатор 12, в котором при продувке биогазом, отбираемым из биореактора 2 в газосборник 10, а из него нагнетателем 19 через патрубки 15, происходит наращивание биомассы хлореллы на растворенных примесях бражки с фотосинтезом через светопроницаемые стенки корпуса 20 в дневное время и с освещением от светильников 21 при наступлении темноты. Хлорелла из биогаза исчерпывает углекислый газ, что приводит к его обогащению метаном, т.е. к достижению первого этапа цели изобретения. Суспензия хлореллы перемещается сверху вниз по высоте корпуса 20 с провалом через перфорацию перегородок 17, при достижении массы слоя в секциях 18 на перегородках 17, превышающей по силе тяжести напор, создаваемый нагнетателем 19. Суспензия со взвешенной в ней хлореллой из патрубка 16 ферментатора 12 поступает во всасывающий патрубок 24 диспергатора 22. Под воздействием срезающих усилий ребристой поверхности 27 ротора 26 и ребристой поверхности 29 корпуса 23 в жидкостном кольцевом канале 28 происходит разрушение оболочек хлореллы с освобождением внутриклеточной жидкости хлореллы, которая содержит 0,4 - 0,6% тяжелой воды от массы хлореллы. Суспензию через нагнетательный патрубок 25 отводят в ленточный пресс-фильтр 30 для отжатия биомассы, которую используют в качестве белково-витаминной добавки в корм птицы из расчета 1 г а.с.в. на 1 кг живого веса. Осветленная жидкость из сборника 31 поступает на всасывающий патрубок 34 дезинтегратора 32. При вращении ротора 36 вода выбрасывается из глухих впадин 37 в виде жидкостного поршня, образуя возле днища впадины 37 область разрежения, и в жидкостном поршне появляются пузырьки пара. При контакте с выступами 39 и впадинами 40 упругой накладки 41 пузырьки пара конденсируются, так как объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого образовался конденсат, то во впадинах 40 накладки 41 возникают пустоты, которые заполняются с гидравлическими ударами, разрушая ассоциаты молекул воды. Плотность дейтериевой воды на 20% выше протиевой и в поле центробежных сил она проталкивается через отверстия перегородки 41, обратному выходу препятствует повышенная вязкость, которая превышает вязкость протиевой на 23%. Температура кипения дейтериевой воды 101,42^oC, а отсюда дейтериевая вода быстрее конденсируется и медленнее испаряется при нагреве ассоциатов при пульсации давлений в жидкостном кольцевом канале 38 и нагреве воды за счет потерь давления и перехода части потерянной энергии давлений в тепловую энергию. Под воздействием дезинтеграции ассоциатов молекул воды вода в полости 42 обогащается дейтериевой водой, а из полости 42 ее отводят по патрубку 43 в сборник 44 и последовательно обрабатывают как минимум в двух дезинтеграторах 45 и 46 с доведением концентрации дейтериевой воды на выходе из патрубка 47 до 95 - 90%. Дейтериевая (тяжелая) вода поступает в приемную камеру 48 и через полупроницаемые перегородки 49 заполняет анодную 50 и катодную 51 секции. Щелочной раствор из катодной секции 51 поступает в камеру 5 щелочного брожения биореактора 2, обеспечивая выполнение цели изобретения - повышение щелочности среды, благоприятной для жизнедеятельности метаногенов. Дейтерий собирают в сборнике 53 и используют для выработки энергии в термоядерных реакторах. Энергия термоядерного распада 1 кг дейтерия эквивалентна сжиганию 10 т угля. Биогаз из сборника 54 используют после осушки в связке газовая турбина 55 с электрогенератором 56 для выработки постоянного тока, а выхлоп турбины для подогрева помета в сборнике 1. Присутствие в осветленной бражке микроэлементов, а в биогазе оксида и двуоксида углерода в условиях интенсивной лучистой энергии создает благоприятные условия для фотосинтеза, обмена веществ и роста хлореллы в ферментаторе 12, при содержании белка в хлорелле свыше 50%, 0,4 - 0,6% тяжелой воды, витамина B₁₂.

Комплексная утилизация жидкого помета с выработкой биогаза, биоудобрения, БВД, дейтерия снижает издержки производства яйца, мяса птицы, улучшает экологическую обстановку вокруг птицефабрик.