Биогазовая установка

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Баран Александр Николаевич Дупанов Анатолий Валерьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Биогазовая установка, содержащая метантенк с приводной мешалкой, подогреватель сырого остатка с электрогидравлическим устройством, сборник-усреднитель, сборникаэратор, сборник сырого остатка, центрифугу, газгольдер и газосборное устройство, отличающаяся тем, что в метантенке диаметрально противоположно размещены две электродные системы, на которые от станции управления подается напряжение определенных параметров. 37252007.08.30 Полезная модель относится к области биологической обработки жидкостей, отходов животноводства и сточных вод, в частности к биогазовым установкам для производства удобрений и биогаза для нужд сельскохозяйственного производства. Известна биогазовая установка 1, которая содержит сборник сырого осадка, связанный трубопроводом через насос и ловушку с подогревателем сырого осадка, с коническим днищем, снабженным устройством перемешивания осадка и связанным трубопроводом через насосы с метантенком с приводной мешалкой сбраживаемого осадка, причем, верхняя часть метантенка сообщена трубопроводами с газгольдером и сборником-усреднителем,сообщенным последовательно с центрифугой и со сборником-аэратором. Нижняя часть метантенка сообщена трубопроводом через управляемый вентиль со сборником сырого осадка, устройство подогрева подогревателя и метантенка и средства управления установкой, устройство перемешивания в подогревателе сырого осадка выполнено в виде перфорированного проводящего стакана, закрепленного в верхней части подогревателя, к которому подключен трубопровод сырого осадка, и электрода, установленного по оси стакана, выполненного в виде спиралевидной лопасти и связанного с источником регулируемого электропитания, а приводная мешалка метантенка выполнена в виде спиралевидного шнека, верхняя и нижняя поверхности лопасти которого иммобилизованы микроорганизмами, при этом вал шнека выполнен пустотелым, сообщенным с полостью метантенка. Существенными недостатками описанной биогазовой установки являются обладает значительной энергоемкостью (для поддержания требуемой температуры сбраживания необходимо затратить 50-60 получаемого биогаза) вследствие местного ввода тепла в перерабатываемую среду установка имеет высокую неравномерность нагрева среды и требует ее частого перемешивания требует значительных капиталовложений для реализации технологии вследствие значительных массогабаритных показателей установки из-за низкой производительности процесса обладает высокой тепловой инерционностью, что приводит к перегреву обрабатываемой среды и гибели метанобразующих бактерий, а следовательно и к сокращению выхода биогаза не позволяет управлять процессом сбраживания и составом получаемого биогаза, что приводит к получению биогаза с высоким процентом содержания побочных газов (сероводорода, углекислого газа, угарного газа, водорода и т.п.). Техническая задача, которую решает данная полезная модель, заключается в повышении эффективности переработки животноводческих отходов для получения биогаза, удобрений и электроэнергии за счет стимулирования метанобразующих бактерий электрическим током и обеспечения возможности управления процессом переработки отходов. Данная задача достигается тем, что биогазовая установка, содержащая метантенк с приводной мешалкой, подогреватель сырого остатка с электрогидравлическим устройством, сборник-усреднитель, сборник-аэратор, сборник сырого остатка, центрифугу, газгольдер и газосборное устройство, где в метантенке диаметрально противоположно размещены две электродные системы, на которые от станции управления подается напряжение определенных параметров. На фигуре изображена биогазовая установка, общий вид. Биогазовая установка содержит сборник исходного сырья 1, в качестве которого возможно использовать как отходы животноводства, так и бытовые отходы сточных вод, содержащих органические вещества насос 2, ловушку 3, подогреватель сырого осадка 4 с электрогидравлическим устройством 5, насосы 6 и 7 с электродвигателями 20 и 21, метантенк 8 с электродной системой 39 и выгрузным устройством 9, газгольдер 10, сборникусреднитель 11, центрифугу 12, сборник-аэратор 13, станцию управления 14, приводные вентили, установленные на технологических трубопроводах, и электрические связи для управления установкой и подачи напряжения на рабочие электроды метантенка 8. 2 37252007.08.30 Сборник 1 исходного сырья представляет собой емкость, изготовленную из железобетона, в которой установлен насос 2 с электродвигателем 15, подключенным к станции управления 14. Насос 2 связан трубопроводом 16 с ловушкой 3, предназначенной для разделения сырого осадка на фракции. Ловушка 3 связана трубопроводами 17 и 18 с подогревателем 4 и со сборником 1 исходного сырья. В трубопроводе 18 установлен управляемый вентиль 19. Биогазовая установка работает следующим образом. В соответствии с алгоритмом управления со станции управления 14 подаются управляющие сигналы на включение насоса 2 в сборнике исходного сырья 1, источникарегулируемого импульсного напряжения, вырабатывающего импульсы тока высокого напряжения (50 кВ), основного насоса 6 с открыванием, с заданным запаздыванием, управляемых вентилей 32 и 22, электродной системы 39 при заполнении метантенка 8, которое контролируется датчиками верхнего и нижнего уровня 40. Биомасса насосом 2 перекачивается в ловушку 3, где осуществляется ее разделение на фракции. Крупные фракции, имеющие высокий удельный вес, по трубопроводу 18, через вентиль 19, периодически возвращаются в сборник 1 исходного сырья, а жидкая фракция с мелкими включениями - по трубопроводу 17 в подогреватель 4 сырого осадка. Жидкая фракция с мелкими включениями органического вещества поступает через входной патрубок в перфорированный проводящий стакан электрогидравлического устройства 5, в котором осуществляется электрогидравлическая обработка сырого осадка. Длительность обработки сырого осадка в подогревателе 4 может осуществляться в пределах 10-30 минут,что увеличивает производительность установки. По истечении заданной длительности обработки сырого осадка, в подогревателе 4, основная масса жидкотекучей среды через выходной патрубок по трубопроводам 36, 34 перекачивается основным насосом 6 по трубопроводу 38 через управляемый вентиль 22 в метантенк 8 (либо резервным насосом 7 через управляемые вентили 31, 25 по трубопроводам 33 и 38), в котором осуществляется анаэробный процесс метанового сбраживания жидкотекучей среды, стимулируемый электрическим током, предварительно обработанной в подогревателе 4. При этом обработка исходного сырья в электрогидравлическом устройстве может осуществляться при более мягких условиях. Анаэробная переработка биомассы в метантенке 8 происходит в электрическом поле,создаваемым двойной электродной системой 39, величина напряжения, зависящая от влажности перерабатываемой биомассы и ее типа, находится в пределах от 10 до 120 В. При этом вследствие изменения мембранных потенциалов, возникающих процессов электроосмоса и электрофореза значительно интенсифицируются обменные процессы в клетках метанобразующих бактерий на всех этапах биоконверсии, причем изменением параметров электрического поля возможно как интенсифицировать процесс биоконверсии, так и замедлить его. Электрический ток, проходящий через биомассу в межэлектродном пространстве, приводит к повышению температуры исходной среды в зоне действия электродной системы на 3-5 С. Процесс происходит при мезофильных условиях при температуре 25-35 С при поддержании рН в пределах 6,5-7,5 и содержании летучих кислот 600-1500 мг/л. Вследствие вышеописанных процессов повышается активность бактерий, и соответственно, и количество выделяемого биогаза при переработке биомассы. Благодаря электродной системе осуществляется объемный ввод теплоты в зоны реакции, что обеспечивает нагрев перерабатываемой биомассы и ее перемешивание за счет возникающих теплообменных процессов нагретая биомасса поднимается к поверхности и смещается к центру метантенка, так как там значительно меньше потоки восходящих газов и температура охлаждается и опускается на дно метантенка, где она снова попадает в зону реакции. Благодаря этому осуществляется активное перемешивание биомассы по всему объему,поднимающийся из зон реакции метантенка биогаз способствует устранению образования 3 37252007.08.30 корки на поверхности биомассы, что также исключает необходимость применения перемешивающего устройства. В метантенке 8 осуществляется анаэробное разложение органических веществ сообществом микроорганизмов в электрическом поле, составляющих трофическую цепь первичных и вторичных анаэробов с выделением биогаза, который скапливается в газосборном устройстве 23, а затем по трубопроводу 26 поступает в газгольдер. Отработанная биомасса из метантенка 8 по трубопроводу 24 через управляемый вентиль 28 и выгрузное устройство 9 поступает в сборник-усреднитель 11. Заполнение сборника-усреднителя 11 контролируется датчиком уровня. При достижении заданного уровня жидкотекучей среды в сборнике-усреднителе 11 по управляющим сигналам открывается вентиль 27 и включается центрифуга 12. Жидкотекучая среда по трубопроводам 35 и 37 через управляемый вентиль 27 поступает в центрифугу 12, где среда разделяется на шлам и стоки, поступающие по трубопроводу 30 в сборник-аэратор 13. Аэрация в сборнике-аэраторе 13 осуществляется путем нагнетания воздуха или технического кислорода в нижнюю полость сборника-аэратора 13 для дополнительной обработки стоков. Стоки из сборника-аэратора 13 разгружаются либо на иловые площадки для последующего использования в сельском хозяйстве, либо совместно со шламами из центрифуги 12 возвращаются в сборник 1 исходного сырья для полного разложения органического вещества жидкотекучей среды. Таким образом, применение конструкции данной биогазовой установки обеспечивает достижение цели полезной модели и устраняет недостатки установки, описанной в 1. Данное устройство может применяться на различных животноводческих объектах для переработки отходов с производством биогаза и удобрений для нужд хозяйства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4