Установка для выработки биогаза

 

Использование: для выработки биогаза из продуктов жизнедеятельности животных, птицы, фекально бытовых сточных вод населения. Сущность изобретения: сбраживание осуществляют последовательно в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, с отбором бражки и биогаза в соответствующие подкамеры метанового брожения. Отбор осветленной бражки осуществляют из седиментационных секций соответствующих камер, в которых происходит расслаивание субстрата на шлам, активный ил, осветленную бражку в среднем слое и плавающий слой в верхней части, создаваемый пузырьками газа вокруг частиц, которые перебрасывателем перемещаются по ходу технологического процесса с использованием упругого отсекателя. Использование способа и устройства для его осуществления позволяет повысить степень распада беззольного органического вещества с 5 50% до 90 95% выход биогаза с 1 кг беззольного органического вещества увеличивать с 0,6 0,8 кг до 1,3 1,5 кг, содержание метана в биогазе возрастает с 65 70% до 95 98% вследствии антагонистического воздействия одних популяций бактерий на другие. 1 ил.

Изобретение относится к технике утилизации продуктов жизнедеятельности животных и птицы с выработкой биогаза и белкововитаминной добавки (БВД) и может быть использовано на предприятиях агропромышленного комплекса (АПК).

Известна установка для выработки биогаза, содержащая емкость исходной массы с измельчительным устройством и гомогенизатором, деструктор тонкого измельчения, подогреватель, устройство выработки биогаза с технологическими патрубками и перемешивающим приспособлением, емкость сброженной массы. Недостатком известной установки является угнетение жизнедеятельности одних микроорганизмов метаболитами других, что приводит к низкому содержанию метана в биогазе, т.е. низкой эффективности.

Цель изобретения повышение эффективности выработки биогаза достигается тем, что устройство выработки биогаза снабжено поперечными перегородками, разделяющими корпус на камеры кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, и фильтрами из гибких нитей, закрепленными в верхней части камер и образующими с перегородками секции седиментации, имеющие патрубки отвода шлама в нижней части, осветленной бражки в средней части и перебрасыватель плавающей фракции в верхней части, при этом установка снабжена подкамерами метанового брожения для обработки биогаза и осветленной бражки, выполненными из секций с установленными в них барботерами, зернистой загрузкой для иммобилизации микроорганизмов деструкторов и переливными трубами.

В процессах брожения субстрата, подготовленного из продуктов жизнедеятельности животных и птицы, откорректированного по углеводу и азоту, нагретого до 36-38^оС с измельченными взвесями, участвуют анаэробы-гидролитики, кислотогены, ацетогены, ацетогидрогены, метаногены, поэтому разделение установки на камеры снижает до минимума влияние жизнедеятельности одних микроорганизмов на жизнедеятельность других, с переходом от кислой среды в камерах кислого и регрессии кислого к щелочной в камерах щелочного и подкамерах метанового брожения. Венцом выработки биогаза являются метаногены, и вынос метанового брожения в подкамеры метанового брожения создает условия для ферментолиза разложения воды на водород и кислород, причем водород восстанавливает диоксид углерода до метана, а кислород окисляет примеси, в том числе сероводород до органической серы микроэлемента питания метаногенов. Зернистая загрузка для иммобилизации микроорганизмов деструкторов обеспечивает сукцессию переработку метаболитов метаногенов вышележащих секций подкамер метанового брожения метаногенами нижележащих секций.

На чертеже схематически показана установка выработки биогаза. Установка снабжена поперечными перегородками 1, разделяющими корпус 2 на камеры 3 кислого, 4 регрессии кислого и 5 щелочного брожения, и фильтрами 6 из гибких нитей, закрепленными в верхней части 7 камер 3, 4 и 5 и образующими с перегородками 1 секции 8 седиментации, имеющие патрубки 9 отвода шлама в нижней части, 10 осветленной бражки в средней части и перебрасыватель 11 плавающей фракции в верхней части, при этом установка снабжена подкамерами 12, 13 и 14 метанового брожения для обработки биогаза и осветленной бражки, выполненными из секций 15 с установленными в них барботерами 16, зернистой загрузкой 17 для иммобилизации микроорганизмов деструкторов и переливными трубами 18. Над верхней частью 7 камер 3, 4 и 5 размещено хранилище-сборник 19 биогаза, с размещенной над ним газонепроницаемой перегородкой 20. Перебрасыватель 11 плавающих фракций снабжен вибратором 21 и зернистой абразивной насадкой 22. Камера 3 кислого брожения сообщена патрубком 23 с емкостью исходной массы с измельчительным устройством и гомогенизатором, деструктором тонкого измельчения, подогревателем (не показаны). Камеры 3, 4 и 5 по биогазу патрубком 24 сообщены с барботерами 16 секций 15, образованных перегородками 25, а секции 15 сообщены друг с другом по шламу патрубками 26. Переливными трубами 18 и патрубками 27 секции 15 подкамер 12, 13 и 14 сообщены с микрофильтрами 28 и по осветленной бражке с биокультиватором 29, а последний сообщен с микрофильтром 30 и по биомассе с дезинтегратором 31, теплообменником-стерилизатором 32 и емкостью для белково-витаминной добавки 33. Микрофильтр 28 по биомассе метаногенов сообщен с дезинтегратором 34.

Установка для выработки биогаза работает следующим образом.

Из продуктов жизнедеятельности животных и птицы (навоз, помет) подготавливают субстрат, причем соотношение между углеродом и азотом должно быть в пределах двадцати. Корректировку осуществляют вводом углеродсодержащих компонентов (растительных остатков, подстилочных материалов, отходов деревообработки и т.д.), которые измельчают, субстрат гомогенизируют, нагревают до 36-38^оС и по патрубку 23 направляют в камеру 3 кислого брожения, в которой происходит распад органических полимеров до спиртов, аминокислот, сахаров и т.д.

Нераспавшиеся взвеси через фильтр 6 из гибких нитей переходят в секцию 8 седиментации. Под действием пузырьков биогаза, образующихся вокруг взвесей, взвеси поднимаются вверх в перебрасыватель 11, в котором под действием вибрирования от вибратора 21 абразивная зернистая насадка 22 разрушает пузырьки газа и доизмельчает взвеси с обновлением поверхности контакта в субстрате. Далее бражка последовательно переходит в камеру 4 регрессии кислого брожения, а из нее в камеру 5 щелочного брожения, в которой из аммиака образуется гидрат окиси аммония и двууглекислый аммоний, сообщающие бражке слабощелочную реакцию.

Через патрубки 10 секций 8 седиментации камер 3, 4 и 5 отбирают бражку и направляют в верхние секции 15 подкамер 12, 13 и 14 метанового брожения. Через патрубки 24 в верхних частях камер 3, 4 и 5 отбирают биогаз, направляемый в барботеры 16. При взаимодействии между бражкой и биогазом метаногены переводят диоксид углерода в метан с использованием в качестве катализатора молекул водорода. Бражка последовательно через переливные трубы 18 переходит с вышележащих секций 15 на нижележащие с исчерпыванием продуктов питания. Старые и мертвые клетки метаногенов, выпадающие в осадок, переводят через патрубки 26. Взвешенные в бражке метаногены отделяют в микрофильтрах 28, биомассу дезинтегрируют в центробежных дезинтеграторах 34 гидроди- намическим, кавитационным и тепловым воздействием.

При разрушении оболочек освобождаются физиологически активные вещества, которые направляют в качестве биостимуляторов в секции 15 подкамер 12, 13 и 14. Под действием ферментов, сохраняющих свою активность в мертвых и старых клетках метаногенов, в бражке происходит ферментолиз, т.е. разложение воды на водород и кислород, что на 30-50% повышает выход биогаза в сравнении с массой распавшейся беззольной органики растительного и животного происхождения. За счет иммобилизации гибких нитей 35 и зернистой загрузки 17 происходит адаптация метаногенов к изменению состава бражки при ее перемещении сверху вниз с одновременной селекцией более продуктивных микроорганизмов.

Осветленная бражка из микрофильтров 28 поступает в биокультиваторы 29, аналогичные по конструкции подкамерам 12, 13 и 14, в которых выращивают микрофлору на остаточных компонентах питания бражки. Биомассу отделяют в инерционных микрофильтрах 30, подвергают дезинтегрированию в дезинтеграторах 31, дезинтеграт стерилизуют нагревом до 90-95^оС в теплообменнике 32 и развозят емкостью 33 в качестве белково-витаминной добавки (БВД) в обычные корма из расчета порядка 5 г на 1 кг живого веса животных и птицы. Биогаз последовательно проходит через подкамеры 12, 13 и 14 и из последней поступает в хранилище-сборник 19, размещенное между газонепроницаемыми перегородками 7 и 20. Биогаз в хранилище-сборнике 19 и перегородки 7 и 20 стабилизируют тепловые процессы в камерах 3, 4 и 5, чтобы колебания температур не превышали одного градуса в сутки.

Установка позволяет в сравнении с известной повышать содержание метана в биогазе, увеличивать его калорийность, снижать недоброд, сокращать продолжительность процесса сбраживания, создавать условия перевода работы очистных сооружений АПК на рентабельные условия работы.

Использование БВД сокращает расход обычных кормов на 20-30% повышает яйценоскость, надои молока, привесы мяса на 30-40% Сокращается падеж молодняка, улучшается генетика родительского стада животных и птицы.

Установка улучшает экологическую обстановку вокруг АПК за счет утилизации всех отходов, вплоть до запаха.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ БИОГАЗА, содержащая емкость исходной массы с измельчительным устройством и гомогенизатором, деструктор тонкого измельчения, подогреватель, устройство выработки биогаза с технологическими патрубками и перемешивающим приспособлением, емкость сброженной массы, отличающаяся тем, что устройство выработки биогаза снабжено поперечными перегородками, разделяющими корпус на камеры кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, и фильтрами из гибких нитей, закрепленными в верхней части камер и образующими с перегородками секции седиментации, имеющие патрубки отвода шлама в нижней части, осветленной бражки в средней части и перебрасыватель плавающей фракции в верхней части, при этом установка снабжена подкамерами метанового брожения для обработки биогаза и осветленной бражки, выполненными из секций с установленными в них барботерами, зернистой загрузкой для иммобилизации микроорганизмов деструкторов и переливными трубами.

РИСУНКИ

Рисунок 1