Лабораторная установка по получению биогаза
Владельцы патента RU 2368884:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к установке по получению биогаза в лаборатории. Лабораторная установка для получения биогаза включает колбу с плотно закрывающейся резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой и мягким баллоном для приемки газа. Колба выполнена в виде биореактора, представляющего собой стеклянный цилиндр с притертой крышкой. В нижней части цилиндра имеются стеклянный фильтр и патрубок для отвода образующегося биогаза, который последовательно соединен с адсорбером, ротаметром и пробоотборником для отбора проб биогаза для хроматографического анализа. Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении функциональных возможностей лабораторной установки, повышении достоверности результатов испытаний по образованию биогаза, выявлении степени влияния факторов на процесс образования биогаза, а также уменьшении влагосодержания в образующемся биогазе. 1 ил., 1 табл.
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 | хж | 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. |
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.
