биометановая установка

Формула изобретения

Биометановая установка, содержащая сборник отходов и стоков, смеситель, биокультиватор с камерами кислого и щелочного брожения и перемешивающим устройством и сообщенную с биокультиватором колонну обогащения, выполненную в виде вертикального корпуса с перфорированными перегородками, образующими секции, с размещенной на перегородках каждой секции иммобилизационной засыпкой и с системой подачи послеброжевого остатка сверху вниз и биометана снизу вверх, отличающаяся тем, что колонна обогащения имеет в каждой секции тангенциальные патрубки для ввода метана, сообщенные с помощью вентилятора с биокультиватором, и размещенный под нижней секцией центробежный осадитель с патрубком для отвода послеброжевого остатка и расположенной в верхней его части полостью для осветленного послеброжевого остатка, при этом установка содержит сообщенный с полостью центробежного осадителя микрофильтр для отделения биомассы метанобактерий и установленный за ним дезинтегратор, соединенный с верхней секцией колонны обогащения со сборником для избытка дезинтеграта, причем сборник отходов и стоков сообщен со смесителем с помощью дезинтегратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике переработки углерод-азотсодержащих отходов и стоков предприятий агропромышленного комплекса, пищевой, мясомолочной, рыбоконсервной промышленности и может быть использовано для выработки метана, биоудобрений и белково-витаминных добавок в корм скоту и птице.

Известна биометановая установка, содержащая сборники отходов и стоков, сообщенные со смесителем и биокультиватором с камерами кислого, щелочного и метанового брожения (патент США N 4022665, кл. C 12 M 1/07, 1977), в которой продолжительное время сбраживания, что снижает эффективность работы установки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка (Ru, патент N 2017810 кл. C 12 M 1/107, 1994), содержащая сборник отходов со смесителем, биокультиватор с камерами кислого и щелочного брожения и перемешивающим устройством и сообщенная с биокультиватором колонна обогащения, выполненная в виде вертикального корпуса с перфорированными перегородками, образующими секции, размещенной на перегородках каждой секции иммобилизационной засыпкой и с системой подачи послеброжевого остатка сверху вниз и биометана снизу вверх.

В известной установке затруднено отделение послеброжевого остатка от осветленной воды, что снижает эффективность работы установки.

Задача изобретения повышение эффективности работы установки.

Это достигается тем, что колонна обогащения имеет в каждой секции тангенциальные патрубки для ввода метана, сообщенные с помощью вентилятора с биокультиватором, и размещенный под нижней секцией центробежный осадитель послеброжевого остатка с патрубком для его отвода и расположенной в верхней части центробежного осадителя полостью для осветленной воды, сообщенной с патрубком с микрофильтром для отделения биомассы метанобактерий, и установленный за ним дезинтегратор, соединенный с верхней секцией колонны обогащения и со сборником для избытка дезинтеграта, причем сборник отходов и стоков сообщен со смесителем с помощью дезинтегратора.

Тангенциальный ввод метана под перфорированную перегородку каждой секции обеспечивает интенсивное перемешивание стекающего с предыдущей секции послеброжевого остатка в последующую, при котором метаногены осуществляют разложение воды на водород и кислород, причем водород восстанавливает диоксид углерода до метана, а кислород окисляет примеси, в том числе сероводород. Центробежный осадитель обеспечивает механическое отделение взвесей из послеброжевого остатка перед поступлением в микрофильтр. Содержащаяся в воде послеброжевого остатка биомасса содержит значительно меньше минерализованных взвесей, что повышает качество дизентегратора и снижает балластную составляющую при его поступлении в верхнюю секцию колонны обогащения и качество белково-витаминной добавки в сборнике избыточного дезинтегратора.

На чертеже схематически представлена биометановая установка.

Установка содержит сборники 1 и 2, сообщенные диспергатором 3 со смесителем 4 и биокультиватором 5 с камерами 6 кислого, 7 щелочного, 8 и 9 метанового брожения, причем биокультиватор 5 снабжен иммобилизационной засыпкой 10 и перемешивающим устройством 11 по биометану и послеброжевому остатку, биокультиватор 5 сообщен с колонной обогащения 12 в виде вертикального корпуса с перфорированными перегородками 13, образующими секции 14, сообщенные одна с другой через иммобилизационную засыпку 15, размещенную на перфорированных перегородках 13, и с системой подачи сверху вниз послеброжевого остатка, а снизу вверх биометана. Колонна обогащения 12 выполнена с тангенциальными патрубками 16 ввода метана через вентилятор 17 из биокультиватора 5 в каждую секцию 14, нижняя секция 14 сообщена с центробежным осадителем 18 послеброжевого остатка, сообщенным патрубком 19 с его сборником 20, а в верхней части центробежного осадителя 18 выполнена полость 21 для осветленного послеброжевого остатка, сообщенная патрубком 22 с микрофильтром 23 для отделения биомассы метанобактерий, сообщенным по биомассе с дезинтегратором 24 и по дезинтегратору с верхней секцией 14 колонны обогащения 12, а по избыточному дезинтеграту с его сборником 25. Биокультиватор 5 сообщен патрубком 26 со сборником грубого послеброжевого остатка 27.

Биометановая установка работает следующим образом.

Из сборника 1 в смеситель 4 поступает углерод-азотсодержащий отход, например барда пивоваренного производства, и в смесителе 4 готовят субстрат с соотношением углерода к азоту в пределах 20 1 и концентрацией порядка 3 - 5% при многократной циркуляции субстрата взвеси измельчают до размеров частиц, сопоставимых с размерами кислотогенов, ацетогидрогенов и метангенов в камерах 6, 7, 8 и 9 биокультиватора 5, в котором происходит сбраживание устройством 11 в присутствии иммобилизационной засыпки 10, например керамзита, модифицированного цеолита, вспученного перлита и т.д. Избыток субстрата из биокультиватора 5 поступает в смеситель 4, в котором многократной циркуляцией через диспергатор 3 температура сбраживания поддерживается в пределах 30 40^oC, при этом колебания температуры не превышают одного градуса в сутки. Послеброжевой остаток из биокультиватора 5 по патрубку 26 отводится в сборник 27 грубого остатка. Субстрат из биокультиватора 5 поступает в верхнюю часть секцию 14 колонны обогащения 12, а биометан вентилятором 17 через тангенциальные патрубки 16 вдувают под перфорированные перегородки 13. За счет иммобилизационной засыпки 15, являющейся поверхностью прилипания для метанобактерий, последние адаптируются к изменению биогенного состава субстрата по высоте колонны 12. При перемешивании биометана, нагнетаемого вентилятором 17 через тангенциальные патрубки 16, в жидкостно-газовой смеси, образующейся под перфорированными перегородками 13, и при барботаже через слой иммобилизационной засыпки 15 метанобактерии восстанавливают диоксид углерода до метана, причем для восполнения недостатка водорода они своими ферментами разлагают воду на водород и кислород, причем последний окисляет сероводород до элементарной серы, являющейся микроэлементом питания для метаногенов. Количество секций 14, а соответственно высота колонны обогащения 12, принимается из условий доведения концентрации метана в биометане с 65 75% до 95 98% что по калорийности соответствует бензину. Пополнение истирающейся в процессе эксплуатации засыпки 15 осуществляют через тангенциальные патрубки 16 при профилактических остановах установки. Для достижения степени обогащения 95 98% возможна последовательная установка колонн 12. В нижней секции 14 стекающий вниз из предыдущей секции субстрат закручивается вводимым через тангенциальный патрубок 16 биометаном, и послеброжевой остаток отбрасывается к стенке центробежного осадителя 18 и сползает вниз и отводится по патрубку 19 в сборник 20. Осветленный субстрат из полости 21 отводится в микрофильтр 23, на нежесткой фильтровальной перегородке которого, выполненной из электропроводного материала, например, армированного углеродсодержащими волокнами, прочность на разрыв которых превышает прочность на разрыв стали, при этом фильтровальная перегородка находится под напряжением электрического тока, электронейтральные молекулы воды проходят, диполи которых имеют невысокую жесткость, а метанобактерии задерживаются при взаимодействии их отрицательного заряда с электрическим полем фильтровальной перегородки, причем жесткость бактерии на несколько порядков выше жесткости диполей бактерий, что обеспечивает высокую степень очистки воды субстрата от метанобактерий. Воду после микрофильтра 23 возвращают в смеситель 4 для разбавления при приготовлении субстрата, что одновременно сокращает тепловые потери в установке. Биомасса метанобактерий из микрофильтра 25 поступает в дезинтегратор 24, в котором под воздействием гидродинамических, кавитационных, тепловых и истирающих факторов происходит разрушение оболочек с освобождением физиологически активных веществ, в первую очередь ферментов, которые при поступлении дезинтеграта в верхнюю секцию 14 колонны обогащения 12 и при перемещении вместе с субстратом сверху вниз обеспечивают ферментолиз - разложение воды на водород и кислород, в результате чего достигается выход биометана до 1,3-1,5 кг на 1 кг беззольной органики субстрата. Избыточный дезинтеграт из дизентегратора 24 поступает в сборник 25 и используется в качестве белково-витаминной добавки в корм скоту и птице. При его расходе порядка 1 г на кг живого веса животных и птицы расход обычных кормов сокращается на 20 80% одновременно на 30 40% повышаются яйценоскость, надои молока, привесы мяса, сокращается падеж молодняка, улучшаются генетические данные родительского стада. Использование биометана в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания повышает межремонтный ресурс в 2 раза, на 15% сокращается расход смазочных материалов, снижается токсичность выхлопа. Биоудобрение из биометановой установки замещает 2 3 т комплексного минерального и существенно повышает урожайность в сравнении с минеральным. Улучшается биологическая обстановка вокруг хозяйств агропромышленного комплекса (АПК) и других предприятий.