способ обогащения биогаза на сельскохозяйственных предприятиях агропромышленного комплекса

Формула изобретения

Способ обогащения биогаза на сельскохозяйственных предприятиях агропромышленного комплекса, предусматривающий исчерпывание диоксида углерода и сероводорода фотосинтезирующими протококковыми водорослями и серобактериями, отличающийся тем, что в субстрат вводят светоэкранирующую насадку, а микрофлору дезинтегрируют, фрагменты биомассы отделяют микрофильтрованием, а дезинтеграт добавляют в субстрат в качестве биогенных элементов питания для фотосинтезирующей микрофлоры обогащения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обогащения биогаза на сельхозпредприятиях /СХП/ агропромышленного комплекса /АПК/ при утилизации навоза и помета с выработкой метана /CH₄/, белково-витаминной добавки /БВД/, биоудобрения /БУ/ и дейтерия /Д₂/ для термоядерных реакторов в районах Крайнего Севера.

Известен способ обогащения, предусматривающий сбраживание помета и навоза в камерах кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения с разрушением флотируемых газовзвесей диспергаторами /У.Э. Виестур, А.М.Кузнецов, В. В. Савенков, Системы ферментации, Рига, "Зинатне", 1986, с. 18-19, рис. 2,2, 2.3/, недостатком которого является низкая степень обогащения.

Известен способ обогащения биогаза, предусматривающий исчерпывание диоксида углерода и сероводорода фотосинтезирующими протококковыми водорослями и серобактериями /патент РФ N 2068812, кл. C 02 F 11/02, 1991/, недостатком которого является низкая степень фотосинтеза из-за невысокой освещенности в слое, субстрата протококковых водорослей и фотосинтезирующих серобактерий, что снижает эффективность обогащения биогаза.

Цель изобретения - повышение эффективности обогащения достигается тем, что в субстрат вводят светоэкранирующую насадку /СЭН/, а микрофлору дезинтегрируют, фрагменты биомассы отделяют микрофильтрованием, а дезинтеграт добавляют в субстрат в качестве биогенных элементов питания для фотосинтезирующей микрофлоры обогащения.

Светоэкранирующая насадка /СЭН/, например, полые стеклянные шарики обеспечивают подвод света в слой субстрата, а соответственно повышается глубина фотосинтеза.

На чертеже схематически показана установка для обогащения биогаза с применением фотосинтезирующей примеси микрофлоры и светоэкранирующей насадки /СЭН/.

Установка обогащения включает сборник продуктов жизнедеятельности животных и птицы 1, сообщенный с метантенком 2 из камер: 3 - кислого, 4 - нейтрального, 5 - щелочного, 6 - метанового брожения с патрубками 7 и 8, закольцованными с диспергаторами 9. Камера 6 метанового брожения сообщена с биофильтром 10 из светопроницаемого материала с перфорированными перегородками 11, образующими секции 12, с размещенной на перегородках 11 светоэкранирующей насадкой /СЭН/ 13. С наружной стороны биофильтра 10 размещены светильники 14. Снизу в биофильтр 10 подводят под напором биогаз, а сверху осветленную бражку. По бражке, со взвешенной в ней фотосинтезирующей микрофлорой, биофильтр 10 сообщен с дезинтегратором 15, включающим входной 16, выходной 17 патрубки, размещенный по оси дезинтегратора 15 ротор 18 с глухими отверстиями 19, взаимодействующими через кольцевой канал 20 с перфорированным кольцом 21 и полостью 22, изолированной от входного 16 и выходного 17 патрубков и сообщенной патрубком 23 с центробежным микрофильтром 24, сообщенным по диспергату с верхней секцией 12 биофильтра 10. Выходной патрубок 17 дезинтегратора 15 сообщен со второй ступенью биофильтра 25, аналогичного по конструкции биофильтру 10, с подводом в него под напором биогаза из верхней секции 12 биофильтра 10 и отводом субстрата в центробежный микрофильтр 26. Количество ступеней биофильтров 10, 25 подбирают до полного исчерпывания из биогаза примесей диоксида углерода и сероводорода или доведения их до оптимальных значений. В последующих ступенях дезинтеграторов 27 и 28 осуществляют дезинтеграцию ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды для последующего использования дейтерия, после электролиза в установке 29 в качестве источника энергии при распаде в термоядерном реакторе.

Пример выполнения способа обогащения биогаза.

Продукты жизнедеятельности животных и птицы: навоз и помет после корректировки по азоту в сборнике 1 последовательно сбраживают в камерах 3-6 метантенка 2, причем флотируемые газовзвеси разрушают в диспергаторе 9 с забором в верхней части метантенка 2 через патрубок 7 и выбросом в нижнюю часть через патрубок 8. Концентрация метана /CH₄/ не превышает 70-75%, а остальное составляют диоксид углерода, сероводород, водяные пары и т.д. Такой биогаз непригоден для использования в качестве горючего двигателей внутреннего сгорания автотранспорта. Биогаз обрабатывают в первой ступени биофильтра 10, в котором на бражке из метантенка 2 наращивают биомассу фотосинтезирующих протококковых водорослей и серобактерий. Протококковые водоросли ассимилируют диоксид углерода для наращивания клеточного вещества своей биомассы, а серобактерии переводят сероводород в элементарную серу - микроэлемент питания. Для интенсификации фотосинтеза по глубине в субстрат вводят светоэкранирующую насадку, например, полые стеклянные шарики, которые не подвержены биологическому обростанию и экранируют свет с поверхности в глубину слоя, причем бражка перемещается сверху вниз по секциям 12 биофильтра 10, а биогаз под напором перемещается снизу вверх. Подпор биогаза обеспечивает наличие слоя бражки на перфорированных перегородках 11 с облучением из светильников 14. СЭН препятствует агрегатированию микрофлоры и равномерному распределению в слое бражки. Бражку со взвешенной в ней микрофлорой отводят в дезинтегратор 15 по патрубку 16 и в кольцевом зазоре канала 20 разрушают оболочки водорослей и серобактерий гидродинамическим воздействием. Одновременно происходит дезинтеграция ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды, концентрат тяжелой воды через перфорированное кольцо 21 отводят в полость 22, изолированную от входного 16 и выходного 17 патрубков. Дезинтеграт со взвешенными в нем фрагментами микрофлоры отводят в центробежный микрофильтр 24. Отделяемый в микрофильтре 24 дезинтеграт является биостимулятором для роста и размножения водорослей, и серобактерии отводят в биофильтр 10, в котором биогенные элементы питания дезинтеграта /нуклеиновые кислоты, ферменты, микроэлементы, витамины и т.д./ интенсифицируют процесс обогащения биогаза в биофильтре 10. Осветленная составляющая дезинтеграта из микрофильтра 24 поступает в верхнюю секцию 12 биофильтра 25, а в нижнюю секцию нагнетают биогаз из биофильтра 10, а воду осветляют в микрофильтре 26. Количество биофильтров 10, 25 определяется требованиями по обогащению биогаза. Смесь ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды из микрофильтра 24 поступает в последующие ступени диспергаторов 27 и 28 с доведением концентрации тяжелой воды до 90-95%, для выделения электролизом дейтерия в установке 29.

Обогащение биогаза до кондиций горючего двигателей внутреннего сгорания и его использование в автотранспорте повышает в 2 раза эксплуатационный ресурс двигателя, на 15% сокращает расход смазочных материалов, выхлоп становится экологически безвредным /углекислый газ, водяной пар/. Следовательно, исключается завоз бензина в районы Крайнего Севера. Получение дейтерия, 1 кг которого при термоядерном распаде заменяет 10000 т угля, обеспечивает энергообеспечение северных территорий. При комплексной утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы вырабатывается БВД, при расходе которой из расчета 1 г на 1 кг живого веса животных и птицы, повышается яйценосность, надои молока, привесы мяса, сокращается падеж молодняка, повышается генетика родительского стада. В условиях короткого лета и низких температур, требуемых для биологического разложения навоза и помета, улучшается экологическая обстановка вокруг СХП АПК.