Установка жизнеобеспечения жилого здания

 

Изобретение предназначено для получения биогаза, используемого при производстве тепла и электроэнергии для жизнеобеспечения жилого здания. Сущность изобретения: установка для жизнеобеспечения жилого здания содержит двухфазные реакторы кислого и метанового брожения, первый из которых выполнен в виде камеры с перфорированными перегородками, соединенными с вибратором, заполненной зернистой заслыпкой и соединенной с источником питания для анаэробных микроорганизмов. 4 ил.

Изобретение относится к жизнеобеспечению жилого здания теплом и электроэнергией за счет сжигания биогаза, вырабатываемого из продуктов жизнедеятельности его обитателей, твердых бытовых отходов и других углеродсодержащих материалов и может быть использовано в населенных пунктах северных районов.

Известна установка, которая может быть использована для жизнеобеспечения жилого здания, включающая реакторы кислого и метанового брожения первой и второй фаз, выполненные с технологическими патрубками, сборниками ила, осветленной воды и биогаза, причем сборник биогаза сообщен с потребителем биогаза, а последний с реактором метанового брожения второй фазы, недостатком которого является низкое содержание метана в биогазе.

Цель изобретения повышение содержания метана в биогазе достигается тем, что реактор кислого брожения выполнен в виде камеры с перфорированными перегородками, взаимодействующей с вибратором, заполненной зернистой засыпкой, при этом камера сообщена с источником поступления питания для анаэробных микроорганизмов установки.

Выполнение камеры реактора кислого брожения первой фазы с перфорированными перегородками, взаимодействующими с вибратором, обеспечивает измельчение твердой составляющей загрузки зернистой засыпкой, в качестве которой используют материалы с абразивными свойствами, плотность которых меньше плотности жидкости. Измельченная загрузка становится доступной анаэробам-гидролитикам, кислотогенам и другим ассоциациям бактерий. Улучшение воздействия бактерий на органические полимеры загрузки, повышает выход органических кислот, спиртов, аминокислот, моносахаров, а распад последних на двуокись углерода, водород и другие газовые составляющие повышает синтез метана метаногенами и высокие концентрации его в биогазе.

На фиг. 1 показана установка, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 схематическое изображение установки.

Установка жизнеобеспечения жилого здания включает реакторы кислого 1 и метанового 2 брожения первой фазы и кислого 3 и метанового 4 брожения второй фазы, выполненные с технологическими патрубками, сборниками 5 или 6 осветленной жидкости, и биогаза 7, 8, 9 и 10, причем сборник биогаза 10 сообщен с потребителем 11, а последний с реактором метанового брожения второй фазы. Реактор кислого брожения первой фазы выполнен с камерой 12 с перфорированными перегородками 13 и 14, взаимодействующими с вибратором. Камера 12 заполнена зернистой засыпкой 15, плотность которой меньше плотности жидкости, например, вспученным перлитом, керамзитом, полимерами с абразивными включениями карбида кремния, карбида бора и т.д. Камера 12 сообщена с источником 16 поступления питания для анаэробных микроорганизмов. Реактор 4 метанового брожения второй фазы выполнен в виде шахты со сплошными перегородками 17, образующими секции 13 с иммобилизационной засыпкой 19, лучевыми барботерами 20, а секции между собой сообщены переливными трубами 21. Потребитель 11 биогаза (двигатель внутреннего сгорания) соединен с электрогенератором 22, аккумуляторами 23 панелями 24 обогрева стен 25 здания, а так же с электроплитой (не показана).

Установка работает следующим образом.

Продукты жизнедеятельности обитателей здания из источника 16 вместе с твердыми бытовыми отходами и углеродсодержащими материалами поступают в реактор 1 кислого брожения первой фазы, в котором в камере 12 при вибрировании перфорированных перегородок 13 и 14 происходит измельчение взвесей зернистой засыпкой 15 ее абразивными поверхностями. В реакторе 1 происходит при брожении сложных органических молекул гидролиз таких соединений как белки, липиды, полисахариды до мономеров и частично брожение этих соединений с образованием летучих жирных кислот (уксусной, муравьиной и других) и спиртов (метилового, этилового и так далее). Продукты распада из реактора 1 поступают в реактор 2, в котором происходит облигатными ацетогенными бактериями окисление молочной, масляной и других жирных кислот до ацетатов, водорода или двуокиси углерода. Одновременно в реакторе 2 с-организмы окисляют спирты до ацетата и водорода. Из реактора 2 второй фазы кислого брожения субстрат поступает в реактор 3 первой фазы метанового брожения, в котором под воздействием ацетогенов происходит окисление ацетата с образованием метана и двуокиси углерода. В реакторе 3 за счет образования гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония создается щелочная среда. Жидкость из реактора 3 поступает в верхние секции 18 реактора 4 второй фазы метанового брожения, а в лучевые барботеры 20 биогаз из сборника 9 реактора 3. При круговых перемещениях жидкости под воздействием газа, истекающего из односторонних отверстий лучевых барботеров 20, в присутствии иммобилизационной засыпки 19 происходит восстановление двуокиси углерода до метана CO₂+2H₂__ CH₄+2H₂O. Образующийся биогаз по переливным трубам 21 поступает в сборник 10 и используется в потребителе 11 двигателе внутреннего сгорания. Продукты выхлопа поступают в реактор 4, причем из окиси углерода синтезируется двуокись: CO+H₂O_ CO₂+H₂ и двуокись восстанавливается до метана по приведенной выше реакции. В реакторе 4 второй фазы метанового брожения происходит ферментное разложение воды 2H₂O_ 2H₂+O₂. Явлению ферментолиза способствует разрушению части оболочек метаногенов, освобождение физиологически активных веществ внутриклеточной жидкости, в том числе ферментов. Образующаяся в сборнике 6 реактора 4 вода используется для технических нужд в жилом здании, в том числе в источнике 16 для смыва продуктов жизнедеятельности обитателей здания. В качестве источника питания 16 используют центробежный диспергатор, сообщенный на входе со сборником технической воды 6 и на выходе с камерой 12, для привода в вибрирующее состояние перегородок 13 и 14 второго можно использовать электромагниты, работающие от электрогенератора 22, а в период его останова от аккумуляторов 23, осуществляющих обогрев панелей 24 стен 25 здания, а также приготовления пищи на электроплите. Ил из сборника 5 используют в теплице (не показана), в которую направляют воздух от аспирации помещений здания.

Использование установки жизнеобеспечения жилого здания позволяет экономить расход ископаемого топлива на обогрев здания, приготовления пищи. Отпадает необходимость подвода электроэнергии для освещения, теле- и радиоустройств, бытовых электроприборов, обеспечивает оборот технической воды, обеспечивается снабжение обитателей дома свежей зеленью из теплицы, работающей на биоудобрении из ила установки и обогрева вентиляционным воздухом. Панели обогрева, которые могут располагаться на стенах, перекрытиях обеспечивают комфортные условия для жильцов, создается чистая экологическая обстановка вокруг здания без загрязнения окружающей среды обитания. В качестве дополнительного источника питания установки брожения может быть использован помет домашних животных и птицы, заготовленные в виде брикетов торф, сено, отходы теплицы. Установка жизнеобеспечения повышает конкурентность здания в сравнении с другими видами жилиц для Севера, России, Канады, Исландии, Аляски, Огненной Земли, Островов Атлантики и Тихого океана вблизи Антарктиды, для высокогорных районов Гималаев, Кардирьер Альп и других удаленных районов.

Формула изобретения

Установка жизнеобеспечения жилого здания, включающая реакторы кислого и метанового брожения первой и второй фаз, выполненные с технологическими патрубками, сборниками ила, технической воды и биогаза, причем сборник биогаза сообщен с потребителем биогаза, а последний с реактором брожения второй фазы, отличающаяся тем, что реактор кислого брожения выполнен в виде камеры с перфорированными перегородками, взаимодействующими с вибратором, и заполненной зернистой засыпкой, при этом камера сообщена с источником поступления питания для анаэробных микроорганизмов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4