Изобретение относится к области биотехнологии и биоэнергетики и может быть использовано при утилизации отходов животноводческих хозяйств, а также для получения биогаза. Известна установка для утилизации навоза последовательно пофазным анаэробным сбраживанием разжиженных органических отходов, состоящая из предварительного резервуара для удобрения, теплообменников «удобрение/удобрение» и «вода/удобрение», бродильного чана, аппарата для десульфуризации биогаза, сборника биогаза, генератора электрического тока напряжением 380 В с водяным охлаждением и камер для навоза (RU №2297395, C02F 11/04, 2006).The invention relates to the field of biotechnology and bioenergy and can be used for waste disposal of livestock farms, as well as for biogas production. A known installation for the disposal of manure sequentially by phase anaerobic digestion of liquefied organic waste, consisting of a preliminary fertilizer tank, fertilizer / fertilizer and water / fertilizer heat exchangers, a fermentation tank, a biogas desulfurization apparatus, a biogas collector, an electric current generator of voltage 380 V water-cooled and chambers for manure (RU No. 2297395, C02F 11/04, 2006).
Недостатком установки является длительность процесса сбраживания, из-за разделения на отдельные секции стадий сбраживания.The disadvantage of the installation is the duration of the fermentation process, due to the separation into separate sections of the fermentation stages.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является биогазовая установка, включающая биореактор, содержащий три концентрично расположенные цилиндрические секции, наружную - для проведения мезофильной стадии анаэробного сбраживания, среднюю - для промежуточной стадии и центральную - для термофильной стадии анаэробного сбраживания, а также трубопровод подачи исходной биомассы в наружную секцию, трубопровод для отвода полученного удобрения из нижней части центральной секции и систему отбора биогаза из секций. Наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная - в верхней. Центральная часть снабжена теплообменником для нагревания сбраживаемой массы, а наружная секция - перемешивающим устройством в виде крыльчатки (RU №2404240, C2, 2009 - прототип).The closest in technical essence to the proposed one is a biogas plant including a bioreactor containing three concentric cylindrical sections, the outer one for the mesophilic anaerobic digestion stage, the middle one for the intermediate stage and the central one for the thermophilic anaerobic digestion stage, as well as the feed pipe for the initial biomass into the outer section, a pipeline for removing the fertilizer from the lower part of the central section and a biogas extraction system from the sections. The outer and middle sections communicate at the bottom, and the middle and central sections at the top. The central part is equipped with a heat exchanger for heating the fermented mass, and the outer section is equipped with a mixing device in the form of an impeller (RU No. 2404240, C2, 2009 - prototype).
Технический результат изобретения заключается в достижении равномерного разогрева по всему объему биореактора.The technical result of the invention is to achieve uniform heating throughout the volume of the bioreactor.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1). Биогазовая установка содержит емкость для загрузки и подготовки исходного сырья 1, снабженную ленточным транспортером 2, насосом для подачи сырья 3, перемешивающим и измельчающим устройством 4, которое приводится в действие электроприводом 5. Также имеется емкость под щелочь 6 и активатор процесса 7 и запорный электромагнитный клапан 8. Биореактор 9 состоит из секции психрофильного сбраживания 10, секции мезофильного сбраживания 11 и секции термофильного сбраживания 12, а также имеется устройство с дозированным СВЧ-нагревом 13 с частотой излучения 2450 МГц, перемешивающие устройства 14, работающие от электроприводов 15, 16. Биогазовая установка снабжена манометрами 17, 18, термодатчиком 19, pН-датчиком 20, насосом для откачки сырья 21, газгольдером 22, газовым счетчиком 23, электрокотлом 24, газовым котлом 25, терморегулятором 26, счетчиком воды 27, емкостью под отработанный субстрат 28, запорного электромагнитного аварийного электроклапана 29, который срабатывает при превышении уровня биомассы в биореакторе. Соединение с отдельными от биореактора емкостями происходит посредством трубопроводов.The invention is illustrated in the drawing (figure 1). The biogas plant contains a tank for loading and preparing feedstock 1, equipped with a conveyor belt 2, a pump for feeding raw materials 3, a mixing and grinding device 4, which is driven by an electric drive 5. There is also a tank for alkali 6 and an activator of the process 7 and a shut-off solenoid valve 8. The bioreactor 9 consists of a psychrophilic fermentation section 10, a mesophilic fermentation section 11 and a thermophilic fermentation section 12, and there is also a device with dosed microwave heating 13 with a radiation frequency 2450 MHz, mixing devices 14, powered by electric drives 15, 16. The biogas plant is equipped with pressure gauges 17, 18, a temperature sensor 19, a pH sensor 20, a pump for pumping raw materials 21, a gas holder 22, a gas meter 23, an electric boiler 24, a gas boiler 25 , thermostat 26, water meter 27, the capacity for the spent substrate 28, shut-off electromagnetic emergency electro-valve 29, which is triggered when the biomass level is exceeded in the bioreactor. Connection with tanks separate from the bioreactor takes place via pipelines.
Принцип работы трехстадийного биореактора биогазовой установки с дозированным СВЧ-нагревом заключается в том, что подготовленная для сбраживания масса поступает в первую секцию 10 (психрофильную с диапазоном температур 8…25°C) биореактора. Перемешивание в данной камере при помощи мешалок 14 осуществляется частотой 1 раз в сутки час с продолжительностью 10 мин, и со скоростью вращения мешалок 24…33 об/мин. Затем биомасса по принципу сообщающихся сосудов перемещается во вторую секцию 11 (мезофильную с диапазоном температур - 25…40°C) камеры, в которой перемешивание осуществляется частотой 1 раз в 2 часа, с продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения перемешивающих устройств 42…51 об /мин; и третью секцию 12 (термофильную с диапазоном температур - 40…55°C) с частотой перемешивания биомассы 1 раз а час продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения перемешивающих устройств 51…60 об/мин. Сбраживаемая биомасса подогревается устройством дозированного СВЧ-нагрева в центральной секции до температуры 55°C, которая контролируется термодатчиками 13 нижнего и верхнего уровня. СВЧ-излучатель частотой излучения 2450 МГц способствует дозированному равномерному прогреву реактора, тем самым увеличивая выход биогаза с поверхности метантенка. Перемешивание осуществляется периодически 2…3 раза в сутки при помощи перемешивающих устройств 14. Выделяющийся биогаз собирают и хранят в газгольдере 22, сжигают в газовом котле 24 и поставляют потребителю. Получившийся в процессе сбраживания шлам поступает в емкость 28 для дальнейшей переработки.The principle of operation of a three-stage bioreactor of a biogas plant with metered microwave heating is that the mass prepared for fermentation enters the first section 10 (psychrophilic with a temperature range of 8 ... 25 ° C) of the bioreactor. Stirring in this chamber with the help of mixers 14 is carried out with a frequency of 1 time per day for an hour with a duration of 10 minutes, and with a speed of rotation of the mixers 24 ... 33 rpm Then, according to the principle of communicating vessels, the biomass moves to the second section 11 (mesophilic with a temperature range of 25 ... 40 ° C) of the chamber, in which mixing is carried out at a frequency of 1 time in 2 hours, with a duration of 10 minutes and with a rotation speed of mixing devices of 42 ... 51 r / min; and the third section 12 (thermophilic with a temperature range of 40 ... 55 ° C) with a biomass mixing frequency of 1 time per hour for 10 minutes and with a rotation speed of mixing devices of 51 ... 60 rpm. The fermented biomass is heated by a metering microwave heating device in the central section to a temperature of 55 ° C, which is controlled by temperature sensors 13 of the lower and upper levels. A microwave emitter with a frequency of 2450 MHz contributes to a dosed uniform heating of the reactor, thereby increasing the biogas output from the surface of the digester. Mixing is carried out periodically 2 ... 3 times a day using mixing devices 14. The biogas released is collected and stored in a gas tank 22, burned in a gas boiler 24 and delivered to the consumer. The sludge resulting from the fermentation process enters the tank 28 for further processing.
Конструкция предложенной установки обеспечивает равномерный разогрев по всему объему реактора.The design of the proposed installation provides uniform heating throughout the reactor volume.