Способ ферментолиза и устройство для его осуществления

 

Использование: касается производства биогаза из продуктов жизнедеятельности животных. Сущность изобретения: способ включает подготовку субстрата путем нагревания, диспергирования взвесей субстрата до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивание на полученном субстрате биомассы бактерий при газовой и температурной изоляции от воздействия внешней среды при перемешивании в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения с образованием биогаза и бражки, с подачей полученного биогаза и осветленной бражки в камеры метанового брожения, с последующим направлением биогаза из камер метанового брожения в емкость, расположенную между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, с конденсацией в емкости водяных паров биогаза. Устройство содержит приспособления для нагрева и корпус с технологическими патрубками, выполненный с нежестким перекрытием и камерами кислого, регрессии кислого, щелочного брожения с перемычками между ними и с нежесткими перекрытиями, с образованием газовых емкостей под перекрытиями камер и между перекрытиями камер и корпуса, причем нежесткое перекрытие корпуса выполнено с возможностью аксиальных перемещений и снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентрично расположенных труб, из которых наружная установлена на перемычке между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса с возможностью перемещения относительно наружной трубы и сообщена с источником потребления биогаза, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры, устройство снабжено приспособлениями для диспергирования взвесей перерабатываемого субстрата, перемешивания и источником потребления биогаза. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике производства биогаза из продуктов жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовых сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях агропромкомплексов.

Известен способ ферментолиза, включающий подготовку субстрата, который нагревают до температуры 32-38^oC, диспергируют взвеси до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивают биомассу при перемешивании с газовой и температурной изоляцией от воздействия внешней среды [1] Известно устройство для осуществления ферментолиза, содержащее корпус с технологическими патрубками с приспособлениями для нагрева и диспергирования взвесей и перемешивания субстрата, выполненный с камерами кислого, регрессии кислого, щелочного и метанового брожения, причем камеры кислого, регрессии кислого, щелочного брожения выполнены с нежесткими перекрытиями камер и корпуса, с образованием газовых емкостей под перекрытием камер и между ним и перекрытием корпуса [2] Недостатком способа и устройства для его осуществления является низкая эффективность процесса ферментолиза из-за дестабилизации температурного режима в корпусе.

Цель изобретения повышение эффективности ферментолиза.

Цель достигается тем, что в способе биогаз из камер метанового брожения направляют в емкость между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, в которой конденсируют водяные пары биогаза.

В устройстве эта цель достигается тем, что нежесткое перекрытие корпуса, выполненное с возможностью аксиальных перемещений, снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентричных труб, из которых наружная установлена на перемычках между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса, и сообщено с источником потребления биогаза, с возможностью перемещения относительно наружной трубы, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры.

Такое выполнение способа и устройства устраняет дестабилизацию температурного режима в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения при колебаниях суточных и годовых температур наружного воздуха за счет тепла конденсации водяных паров биогаза в емкости между перекрытиями камер и корпуса, при этом образуются газовые слои под перекрытием камер и между перекрытиями камер и корпуса с изменением высоты последнего при изменении количества отбора газа к источнику потребления.

На фиг.1 представлена схема установки для ферментолиза; на фиг.2 - устройство для осуществления способа, продольный разрез; на фиг.3 узел I на фиг. 2; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.3.

Устройство для осуществления способа ферментолиза содержит корпус 1 с технологическими патрубками 2-5 с приспособлениями 6 для нагрева и 7 - диспергирования взвесей и 8 перемешивания субстрата, выполненный с камерами 9 кислого, 10 регрессии кислого, 11 щелочного и 12-14 метанового брожения, причем камеры 9-11 выполнены с нежесткими перекрытиями 15 и нежестким перекрытием 16 корпуса 1 с образованием газовых емкостей 17 под перекрытием 15 камер 9-11 и 18 между ним и перекрытием 16 корпуса 1. Нежесткое перекрытие 16 корпуса 1 выполнено с возможностью аксиальных перемещений, например, гофра 19, снабжено гидравлическим затвором 20 в виде двух концентрических труб 21 и 22, из которых наружная 21 установлена на перемычках 23 между камерами 9-11, а внутренняя 22 закреплена на перекрытии 16 корпуса, и сообщено с источником 24 потребления биогенеза с возможностью перемещения относительно наружной трубы 21, а перекрытия 15 камер 9-11 снабжены гидравлическими клапанами 25 для сброса конденсата в камеры. Камеры 12-14 метанового брожения сообщены с микрофильтрами 25, а последние по биомассе сообщены с дезинтеграторами 27, а по осветленной бражке с биокультиваторами 28, микрофильтрами 29, дезинтеграторами 30, теплообменником 31 и емкостью 32 для избыточной биомассы.

Пример осуществления способа ферментолиза.

Субстрат концентрацией 2-10 г/л, нагретый до температуры 32-38^oC, по патрубку 2 поступает в камеру 3 кислого брожения корпуса 1, в котором подвергают диспергированию до размеров частиц, соответствующих размеру молочно- и маслянокислых бактерий в деспергаторе 7 с последующим перемешиванием приспособлением 8.

В камере 9 происходит распад жиров, белков и углеводов, причем клетчатка углеводов разлагается 3C₆H₁₀O₅ + 3H₂O _____→ 4CO₂ + 3CH₃COOH + + 4H₂.

В камере 10 регрессии кислого брожения происходит распад этилового спирта и уксусной кислоты, например, для последней CH₃COOH _____→ CH₄ + CO₂.

Продолжение распада белка Белки + H₂O В камере 11 щелочного брожения из комплекса, полученного при распаде белка, образуется двууглекислый аммоний NH₃ + CO₂ + H₂O _-----L (NH₄)HCO₃ и гидрат окиси аммония NH₃ + H₂O -----L (NH₄)OH,
причем эти соединения обеспечивают слабощелочную реакцию в камере 11.

Осветленная бражка из камер 9-11 поступает в соответствующие камеры 12-14 метанового брожения, а через патрубки 3 отбирают биогаз из емкостей 17, которые перемещают навстречу друг другу в камерах 12-14, в которых продолжается распад остаточной клетчатки
C₆H₁₀O₅ + H₂O _-----L 3CH₄ + 3CO₂ и восстановление диоксида углерода до метана
CO₂ + 4H₂ -----L CH₄ + 2H₂O, помимо водорода, поступающего из камер 9 и 10, в камерах 12-14 образуется он за счет ферментного разложения воды ферментолиза
2H₂O -----L 2H₂ + O₂,
в результате ферментолиза количество биогаза по массе превышает массу распада органики.

Образующийся при ферментолизе кислород окисляет примеси биогаза, в частности сероводород, что повышает его качество, а органическая сера используется в качестве микроэлемента питания метаногенов
2H₂S + O₂ -----L 2S + 2H₂O.

Бражку со взвешенными в ней микроорганизмами направляют в микрофильтры 26, где отделяют биомассу, которую дезинтегрируют в дезинтеграторе 27 и дезинтеграт направляют на вход в камеры 12-14 для усиления ферментолиза за счет ферментов дезинтеграта, а избыточную часть используют в кормовых целях. Образующийся биогаз из камеры 12 поступает в емкость 18, в которой происходит конденсация водяных паров, конденсат заполняет гидравлический затвор 29 для последующего отбора к источнику 24 потребления биогаза, причем перекрытие 16 выполнено с возможностью аксиальных перемещений относительно перекрытия 15 за счет гофра 19 и возможности перемещения внутренней трубы 22 относительно наружной 21. Избыток конденсата из емкости 18 отводят через гидравлический клапан 25 в соответствующие камеры 9-11.

Осветленная бражка из микрофильтров 26 поступает в биокультиваторы 28, на биогенных элементах питания которой происходит выращивание биомассы аэробов. Биомассу отделяют в микрофильтрах 29, часть биомассы дизинтегрируют в дезинтеграторе 29 и возвращают на вход в биокультиватор 28 в качестве биостимуляторов, а избыточную часть нагревают в теплообменнике 31 до температуры 90-95^oC, направляют в емкость 32 и используют в качестве белково-витаминной добавки (БВД) в корм животным и птице.

Такое выполнение способа позволяет увеличивать степень распада органики с 5-50% до 90-95% повышается содержание метана в биогазе с 65-70% до 95-98% выход биогаза возрастает с 0,6-0,8 кг с 1 кг органики до 1,3-1,5 кг, сокращается время сбраживания с 10-60 сут до 0,5-1,2 сут с одновременным повышением качества биогаза за счет освобождения его от вредных примесей. Снижается до минимума расход биогаза на внутренние нужды установки, т.е. на стабилизацию температурного режима брожения.

Формула изобретения

1. Способ ферментолиза, включающий подготовку субстрата путем нагревания, диспергирования взвесей субстрата до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивание на полученном субстрате биомассы бактерий при газовой и температурной изоляции от воздействия внешней среды с образованием биогаза и бражки, отличающийся тем, что выращивание биомассы бактерий ведут при перемешивании в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, с подачей полученного биогаза и отсветленной бражки в камеры метанового брожения, с последующим направлением биогаза из камер метанового брожения в емкость, расположенную между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, с конденсацией в емкости водяных паров биогаза.

2. Устройство для ферментолиза, содержащее корпус с технологическими патрубками и приспособления для нагрева, отличающееся тем, что устройство снабжено приспособлениями для диспергирования взвесей перерабатываемого субстрата, перемешивания и источником потребления биогаза, корпус выполнен с нежестким перекрытием и камерами кислого, регрессии кислого, щелочного брожения с перемычками между ними и с нежесткими перекрытиями, с образованием газовых емкостей под перекрытиями камер и между перекрытиями камер и корпуса, причем нежесткое перекрытие корпуса выполнено с воз- можностью аксиальных перемещений и снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентрично расположенных труб, из которых наружная установлена на перемычке между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса с возможностью перемещения относительно наружной трубы и сообщена с источником потребления биогаза, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5