лабораторная установка по получению биогаза

Формула изобретения

Лабораторная установка для получения биогаза, включающая колбу с плотно закрывающейся резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой и мягким баллоном для приемки газа, отличающаяся тем, что колба выполнена в виде биореактора, представляющего собой стеклянный цилиндр с притертой крышкой, в нижней части которого имеется стеклянный фильтр и патрубок для отвода образующегося биогаза, который последовательно соединен с адсорбером, ротаметром и пробоотборником для отбора проб биогаза для хроматографического анализа.

Описание изобретения к патенту

Лабораторная установка по получению биогаза предназначена для проведения лабораторно-практических занятий по дисциплинам «Основы биотехнологии и биохимии», «Основы безотходного производства» и «Промышленная экология» по специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», относится к лабораторному оборудованию (испытательной технике).

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является лабораторная установка по получению биогаза (см. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды. - М.: Владос, 2003, с.288, работа № 25 «Получение биогаза из органических отходов», с.91-94), включающая колбу с плотно закрывающейся резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой, конец которой в колбе располагается над отходами (для выхода газа). К стеклянной трубке присоединяют резиновую трубку, которая через стеклянный переходник соединяется с мягким баллоном для приемки газа. Герметичность всех соединений и пробки с колбой обеспечивается пластмассовой изолентой.

Недостатками установки являются низкая функциональность и эффективность, значительное содержание влаги в образующемся биогазе, недостаточная точность измерения объемов выделяющегося биогаза и герметичность лабораторной установки.

Изобретение направлено на получение биогаза в лабораторных условиях, выявление факторов воздействия на процесс образования биогаза и уменьшение влагосодержания в образующемся биогазе.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей лабораторной установки, повышение достоверности результатов испытаний по образованию биогаза, выявление степени влияния факторов на процесс образования биогаза, а именно: температуры, влажности и элементного состава отходов на выход биогаза, а также уменьшение влагосодержания в образующемся биогазе.

Для достижения указанного технического результата известная лабораторная установка по получению биогаза включает колбу с плотно закрывающейся резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой и мягким баллоном для приемки газа, согласно изобретению колба выполнена в виде биореактора, представляющего собой стеклянный цилиндр с притертой крышкой, в нижней части которого имеются стеклянный фильтр и патрубок для отвода образующегося биогаза, который последовательно соединен с адсорбером, ротаметром и пробоотборником для отбора проб биогаза для хроматографического анализа.

На чертеже показана принципиальная схема лабораторной установки.

В состав лабораторной установки по получению биогаза входят последовательно соединенный биореактор 1, адсорбер 2, ротаметр 3 и пробоотборник 4. Образующийся в биореакторе газ осушается в адсорбере с помощью осушителя хлорида кальция. Выход (объем) газа определяется с помощью ротаметра 3. Отбор проб биогаза для хроматографического анализа осуществляется пробоотборником 4. Система (ввиду своей компактности) помещается в термостат, что позволяет варьировать температуру. Герметичность системы обеспечивается вакуум-смазкой, притертыми крышками реактора 1, адсорбера 2.

Отличие предлагаемой конструкции от известной заключается в размещении на дне биореактора 1 патрубка для отвода образующегося фильтрата, использовании адсорбера 2, повышающего качество образующегося биогаза, и специального прибора для измерения объема образующегося биогаза - ротаметра 3, а также пробоотборника 4, позволяющего производить отбор биогаза на хроматографические анализы.

Установка работает следующим образом: в биореактор 1 загружают биомассу определенной влажности. По истечении определенного времени в биореакторе создаются анаэробные условия. По мере разложения происходит образование биогаза и фильтрата. Избыток фильтрата отводится через патрубок, образующийся биогаз проходит через адсорбер 2, где осушается и очищается от сопутствующих примесей. Объем выделившегося биогаза замеряется ротаметром 3, что позволяет контролировать процесс образования биогаза. Отбор биогаза на хроматографический анализ производится с помощью пробоотборника 4. Система ставится в термостат (ввиду своей компактности), что позволяет варьировать температуру. Герметичность системы обеспечивается вакуум-смазкой и притертыми крышками биореактора 1, адсорбера 2.

При помощи предлагаемой установки можно проводить следующие лабораторные испытания:

1. Изучить влияние температуры на процесс образования биогаза.

2. Изучить влияние влажности на процесс образования биогаза.

3. Исследовать влияние элементного состава отходов на процесс биодеструкции твердых бытовых отходов (ТБО) и образование биогаза.

Все это способствует установлению оптимального режима образования биогаза из твердых бытовых отходов.

В таблице отражены результаты опытов, проведенные с помощью лабораторной установки.

Результаты опытов, проведенные с помощью лабораторной установки по получению биогаза
Время, сутки	Выход биогаза, мас.%
Температура, °С	Влажность отходов, %	Элементный состав отходов, %
5	37	53	50	65	80	xб	х ж	ху
1	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10	-	-	-	-	-	-	-	-	-
20	-	0,1	0,2	-	-	-	-	-	-
30	-	0,5	0,8	-	1,0	1,0	-	-	0,2
40	-	1,7	1,3	-	3,7	4,1	0,2	-	0,5
50	-	5,8	3,4	1,2	6,5	6,8	1,2	-	1,1
60	0,3	8,3	5,6	5,4	9,4	9,2	2,3	0,1	2,4
70	0,7	14,6	7,8	8,2	12,4	12,7	3,2	1,4	3,5
80	1,1	23,7	10,3	12,4	16,8	17,1	5,4	2,3	4,3
90	1,3	31,2	12,8	17,9	20,8	20,5	7,5	3,4	5,8
100	1,2	36,4	13,8	24,8	23,8	23,7	8,3	5,7	7,9
110	1,3	42,1	15,7	28,6	29,4	29,8	9,0	7,4	9,7
120	1,5	45,3	16,2	35,7	33,4	33,8	11,3	9,5	12,7
* Примечание: где хб - отход с максимальным содержанием белков; хж - отход с максимальным содержанием жиров; ху - отход с максимальным содержанием углеводов.