Метантенк
Метантенк используется для биологической утилизации сельхозотходов. Метантенк соединен со сборником сельхозотходов, состоит из камер кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, имеющих диспергаторы, и установлен в помещении. На перекрытии помещения размещен твердофазный ферментатор, выполненный с каналами, сообщенными с нагнетателем воздуха в его нижней части и оросителем шлама из метантенка - в верхней части. Камера метанового брожения соединена с хлореллогенератором. Внутри корпуса хлореллогенератора на валу установлена плоская спираль с пучками стекловолокон. Хлореллогенератор сообщен с центробежным микрофильтром и динамическим дезинтегратором, где биомасса подвергается дезинтеграции. Смесь обычной и дейтериевой воды поступает в сборник и в ректификационную колонну, соединенную с реактором-размножителем трития. Теплообменник реактора-размножителя соединен контуром охлаждения с сепаратором пара и с паровой турбиной привода электрогенератора для выработки электроэнергии. Торцевая стенка реактора-размножителя соединена с конденсатором и сборником товарного гелия. Избыточная биомасса из патрубка выхода дезинтегратора поступает на сушилку белково-витаминной добавки. Метантенк обеспечивает переработку сельхозотходов с дополнительной выработкой гелия, электроэнергии, компоста, белково-витаминной добавки и сверхтяжелой воды. 1 ил.
Изобретение относится к технике биологической утилизации /БУ/ сельхозотходов /СХО/ и может быть использовано на свинооткормочных комплексах /СОК/ с выработкой дополнительной товарной продукции, для снижения себестоимости производства свинины: белково-витаминной добавки /БВД/, сверхтяжелой /T2O/ воды, компоста /КП/, электроэнергии /ЭЭ/, гелия /He/.
Известен метантенк, включающий камеры: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями через кольцевой канал ротора и корпуса, сообщенный по биогазу через гидравлический затвор с газгольдером и турбиной привода электрогенератора /с.19, рис. 2.3., У.Э.Виестур, А.М.Кузнецов, В.В.Савенков. Системы ферментации, Рига, 1986/, недостатком которого является низкая степень БУ СХО, что снижает эффективность его работы. Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что метантенк установлен в помещении, на перекрытии которого размещен твердофазный ферментатор /ТФФ/, выполненный с каналами, сообщенными с нагнетателем воздуха, в нижней части и оросителем шлама из метантенка в верхней, причем метантенк по биогазу и бражке сообщен с хлореллогенератором в виде корпуса со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, внутри корпуса на валу установлена плоская спираль с иммобилизационными элементами в виде пучков стекловолокон, а по биомассе хлореллы хлореллогенератор сообщен с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ и динамическим дезинтегратором /ДД/ в виде корпуса с патрубками входа и выхода, установленного по оси корпуса ротора, с глухими отверстиями в кольце магнитофора; взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированого кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, сообщенную по смеси обычной и дейтериевой воды со сборником и через гидравлический затвор с ректификационной колонной /РК/, снабженной поперечными перфорированными перегородкам /ППП/, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем нижняя секция снабжена теплообменником и сообщена через парогенератор и питатель с реактором-размножителем трития, во внутренней полости которого размещены электроды, сообщенные с конденсаторной батареей, а между электродами концентрично их оси установлен теплообменник с литиевой, бериллиевой и графитовой обечайками, сообщенными контуром охлаждения с сепаратором пара и по пару с паровой турбиной привода электрогенератора, а по отработанному пару с конденсатором, дополнительной РК и сборником товарной тритиевой воды, а у передней торцевой стенки реактора-размножителя напротив упругого шланга питателя установлены дуговые электроды с возможностью перемещения навстречу друг другу, а противоположная торцевая стенка реактора размножителя трития выполнена с концентричными отверстиями в диске, сопряженными с отверстием приводной ступицы, сопряженной с диском торцевой стенки реактора-размножителя трития, а по пару смеси дейтериевой, тритиевой воды и гелия приводная ступица сообщена с конденсатором и сборником товарного гелия /He/, а по смеси дейтериевой и тритиевой воды с парогенератором питателя, снабженного пережимными роликами упругого шланга подвода пара между дуговыми электродами в полость реактора-размножителя трития, а ТФФ выполнен с герметичным покрытием, на котором размещен газгольдер товарного метана /CH4/, причем ТФФ выполнен с загрузочным и разгрузочным устройствами и последнее сообщено по компосту со сборником СХО из СОК, причем камеры метантенка на границе между жидкостной и газовыми полостями снабжены иммобилизационной насадкой в виде полых стеклянных шариков, а патрубок выхода ДД по дезинтеграту сообщен с оросителем хлореллогенератора, а по избыточной биомассе дезинтеграта с сушилкой товарной белково-витаминной добавки /БВД/, а вал плоской спирали хлореллогенератора снабжен приводом, установлен на упругой опоре и взаимодействует с вибратором. Обоснование достижения цели изобретения приведено в описании работы метантенка в установке БУ СХ0 СОК, показанной схематически на чертеже. Метантенк 1 включает камеры: 2 - кислого, 3 - нейтрального, 4 - щелочного, 5 - метанового брожения, снабженные диспергаторами 6 в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями через кольцевой канал 7 ротора 8 и корпуса 9. Метантенк 1 установлен в помещении 10, на перекрытии 11 которого размещен ТФФ 12, выполненный с каналами 13, сообщенными с нагнетателем 14 воздуха в нижней части и оросителем 15 шлама из метантенка 1 в верхней, причем метантенк 1 по биогазу и бражке сообщен с хлореллогенератором 16 в виде корпуса 17 со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса 17 светильниками 18, а внутри корпуса 17 на валу 19 установлена плоская спираль 20 с иммобилизационными элементами в виде пучков 21 и 22 стекловолокон, а по биомассе хлореллы хлореллогенератор 16 сообщен с ЦМФ 23 и ДД 24 в виде корпуса 25 с патрубками: входа 26 и выхода 27, установленного по оси корпуса 25 ротора 28 с глухими отверстиями 29 в кольце магнитофора 30, взаимодействующими через кольцевой канал 31 с отверстиями 32 перфорированного кольца 33, образующего с корпусом 25 полость 34, изолированную от патрубков 26 и 27, сообщенную по смеси обычной и дейтериевой воды со сборником 35 и через гидравлический затвор 36 с РК 37, снабженной ППП 37, образующими секции 38, сообщенные друг с другом переливными трубами 39, причем нижняя секция 38 снабжена теплообменником 40 и сообщена через парогенератор 41 и питатель 42 с реактором-размножителем 43 трития, во внутренней полости 44 которого размещены электроды 45 и 46, сообщенные с конденсаторной батареей 47, а между электродами 45 и 46 концентрично их оси установлен теплообменник 48 с литиевой - 49, бериллиевой - 50 и графитовой - 51 обечайками, сообщенными контуром 52 охлаждения с сепаратором 53 пара и по пару с паровой турбиной 54 привода электрогенератора 55, а по отработанному пару с конденсатором 56, дополнительной РК 57 и сборником 58 товарной тритиевой воды, а у передней торцевой стенки 59 реактора-размножителя 43 напротив упругого шланга 60 питателя 42 установлены дуговые электроды 61 и 62 с возможностью перемещения навстречу друг другу, а противоположная торцевая стенка 63 реактора-размножителя 43 выполнена с концентричными отверстиями 64 в диске 65, сопряженными с отверстием 66 приводной ступицы 67, сопряженной с диском 65 торцевой стенки 63, а по пару смеси дейтериевой, тритиевой воды и гелия приводная ступица 67 сообщена с конденсатором 68 и сборником 69 товарного гелия /He/, а по смеси дейтериевой и тритиевой воды с парогенератором 41 питателя 42, снабженного пережимными роликами 70 шланга 60 подвода пара между дуговыми электродами 61 и 62 в полость 71 реактора-размножителя 43, а ТФФ 12 выполнен с герметичным покрытием 72, на котором размещен газгольдер 73 товарного метана /CH/, причем ТФФ 12 выполнен с загрузочным 74 и разгрузочным 75 устройствами и последнее сообщено по компосту /КП/ со сборником 76 СХО из СОК 77, причем камеры 2-5 метантенка 1 на границе между жидкостной 78 и газовой 79 полостями снабжены иммобилизационной насадкой 80 в виде полых стеклянных шариков, а патрубок выхода 27 ДД 24 сообщен с оросителем 81 хлореллогенератора 16, а по избыточной биомассе дезинтеграта с сушилкой 82 товарной БДД, а вал 19 плоской спирали 20 хлореллогенератора 16 снабжен приводом 83, установлен на упругой опоре 84 и взаимодействует с вибратором 85. Верхняя секция 38 РК 37 по пару сообщена с дефлегматором 86 и по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 87 с РК 37. Полость 34 дезинтегратора 24 выполнена с патрубком 88. ТФФ 12 по нагретому воздуху сообщен вентилятором 89 с барботером 90 сборника 76 СХО. Метантенк в установке БУ СХО СОК работает следующим образом. Стоки из СОК 77 гидросмывом и гидросплавом поступают в сборник СХО 76, количество стоков порядка 35-40 литров на голову в сутки. Особенностью стоков СОК является то, что у них высокое содержание азота, т.е. C:N = 8:1. Для нормальных условий БУ микроорганизмами необходимо, чтобы C:N = 20:1 и корректировку осуществляют за счет ввода компоста /КП/ из ТФФ 12. В ТФФ 12 происходит термобиологическая переработка древесных опилок лиственных пород, листового опада, пожнивных остатков, подстилочных материалов СОК, орошаемых шламом оросителя 15 из метантенка 1, причем шлам содержит большое количество ферментов и обсеменен микрофлорой. В условиях влажности порядка 50-60% и высокой температуры порядка 50-70oC происходит биологическая деградация целлюлозы, с образованием доступной для усвоения с образованием клетчатки и аэробной стабилизацией микрофлоры шлама из метантенка C5H7O2N + 5 O2 ---> 5 CO2 + 3H2O + NH3. При продувке образующихся газов и паров ТФФ 12 вентилятором 89 через барботер 90 в сборнике 76 происходит коррекция КП его вводом в стоки по углероду с одновременным нагревом стоков до температуры 53oC, соответствующей сбраживанию стоков в метантенке 1. Камеры 2-5 на 4/5 объема заполнены жидкостью - жидкостной объем 78 и на 1/5 газом и парами - газовый объем 79, на их границе размещена иммобилизационная насадка 80 из полых стеклянных шариков. Выбор материала шариков из стекла обусловлен тем, что стекло при перемешивании освобождается от мертвых и старых клеток микрофлоры: кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов .... метаногенов. За счет иммобилизации /прилипания/ создается обособленность микрофлоры к изменению pH среды, которая изменяется от кислой в камере 2 до слабощелочной в камере 4 и щелочной в камере 5. Температура сбраживания составляет 53oC, причем колебания температуры не превышают одного градуса в сутки. Температурная стабилизация осуществляется включением и отключением приводов диспергатора 8 от реле температуры /на чертеже не показаны/. Ввод стоков из сборника 76 и отвод продуктов брожения осуществляют непрерывно, так период генерации /удвоения/ биомассы микрофлоры составляет 20-30 минут. В камерах 2-5 метантенка 1 происходит гидролиз Углеводы + H2O ---> 3CO2 + 3CH4 Жиры + H2O ---> 2CH4 + CO2
Формула изобретения
Метантенк, включающий камеры: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями через кольцевой канал ротора и корпуса, отличающийся тем, что метантенк установлен в помещении, на перекрытии которого размещен твердофазный ферментатор, выполненный с каналами, сообщенными с нагнетателем воздуха в нижней части и оросителем шлама из метантенка - в верхней, причем метантенк по биогазу и бражке сообщен с хлореллогенератором в виде корпуса со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, а внутри корпуса на валу установлена плоская спираль с иммобилизационными элементами в виде пучков стекловолокон, а по биомассе хлореллы хлореллогенератор сообщен центробежным микрофильтром и динамическим дезинтегратором в виде корпуса с патрубками входа и выхода, установленного по оси корпуса ротора с глухими отверстиями в кольце магнитофора, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, сообщенную по смеси обычной и дейтериевой воды со сборником и через гидравлический затвор с ректификационной колонной, снабженной поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем нижняя секция снабжена теплообменником и сообщена через парогенератор и питатель с реактором-размножителем трития, во внутренней полости которого размещены электроды, сообщенные с конденсаторной батареей, а между электродами концентрично их оси установлен теплообменник с литиевой, бериллиевой и графитовой обечайками, сообщенными контуром охлаждения с сепаратором пара и по пару - с паровой турбиной привода электрогенератора, а по отработанному пару - с конденсатором, дополнительной ректификационной колонной и сборником товарной тритиевой воды, а у передней торцевой стенки реактора-размножителя, напротив упругого шланга питателя, установлены дуговые электроды с возможностью перемещения навстречу друг другу, а противоположная торцевая стенка реактора-размножителя выполнена с концентричными отверстиями в диске, сопряженными с отверстием приводной ступицы, сопряженной с диском торцевой стенки, а по пару смеси дейтериевой, тритиевой воды и гелия приводная ступица сообщена с конденсатором и сборником товарного гелия (He), а по смеси дейтериевой и тритиевой воды с парогенератором питателя, снабженного пережимными роликами упругого шланга подвода пара между дуговыми электродами в полость реактора-размножителя трития, а твердофазный ферментатор выполнен с герметичным покрытием, на котором размещен газгольдер товарного метана (CH4), причем твердофазный ферментатор выполнен с загрузочным и разгрузочным устройствами и последнее сообщено по компосту со сборником сельхозотходов из свинооткормочного комплекса, причем камеры метантенка на границе между жидкостной и газовой полостями снабжены иммобилизационной насадкой в виде полых стеклянных шариков, а патрубок выхода динамического дезинтегратора сообщен с оросителем хлореллогенератора, а по избыточной биомассе дезинтегратора с сушилкой товарной белково-витаминной добавки, а вал плоской спирали хлореллогенератора снабжен приводом, установлен на упругой опоре и взаимодействует с вибратором.РИСУНКИ
Рисунок 1