Спосіб попереднього оброблення субстратів перед анаеробним зброджуванням

Реферат: Спосіб попереднього оброблення субстратів перед анаеробним зброджуванням полягає у здійсненні лужного та кавітаційного гідролізу органіки. Використовують оснащений манометром, ультразвуковим диспергатором та теплогенеруючою установкою відокремлений від основного метантенка герметичний гідролізатор. Всередині нього розміщують барботер, і подають в ємність гідролізатора свіжий субстрат, до якого попередньо додають луг. А також подають рециркульований з метантенка біогаз у барботер та у теплогенеруючу установку. UA 107470 U (54) СПОСІБ ПОПЕРЕДНЬОГО ОБРОБЛЕННЯ СУБСТРАТІВ ПЕРЕД АНАЕРОБНИМ ЗБРОДЖУВАННЯМ UA 107470 U UA 107470 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі комунального, сільського господарства та промисловості, а саме гідролізу органічних сполук під час анаеробного зброджування осадів каналізаційних стічних вод, рідких і напіврідких органічних відходів сільгоспвиробництва, далі субстратів. Відомий спосіб гідролізу для отримання гідролізату з продуктів бджолиного виробництва (Патент Російської Федерації RU 2279470 Способ получения гидролизата из продуктов пчелиного производства для культивирования спирохет /I.Г. Кохонова, С.Н. Луцук, В.А. Беляев, заявл. 01.12.2003, реєстраційний номер 2003134686/13), який полягає в тому, що субстрат, який піддається гідролізу, подрібнюють за допомогою гомогенізатора, потім розбавляють м'ясопечінковим бульйоном, після чого отриману суспензію опромінюють ультразвуковими хвилями. Після закінчення опромінення отриману масу нейтралізують розчином соляної кислоти. Після цього переходять до ферментативного гідролізу за допомогою ферменту підшлункової залози ВРХ. Недоліком такого способу є те, що для забезпечення достатньої інтенсивності УЗД кавітації в субстраті, яка інтенсифікує гідроліз, необхідні значні затрати енергії. Застосування м'ясопечінкового бульйону є дорогим. Для рідких та напіврідких відходів немає необхідності застосовувати механічне подрібнення, яке також вимагає значних затрат енергії. Відомий спосіб віброрезонансної кавітаційної обробки рідин (Патент України UA 94991 Спосіб віброрезонансної кавітаційної очисної обробки рідин від біологічних забруднень /Л.І. Шевчук, Страчевський, І.С. Афтаназів, О.І. Строган, Л.М. Предзимірська, заявл. 05.06.2014, реєстраційний номер 201406230), який полягає у тому, що в рідині збурюють гідродинамічну кавітацію шляхом занурення збурювачів у рідину, подають напругу на обмотки котушок електромагнітів віброприводу для надання збурювачам кавітації коливань у низькочастотному діапазоні частот, що кратні частотам коливань, наявних в оброблюваній рідині зародків кавітації, та одночасно подають у кавітаційну зону інертні гази для формування в рідині газорідинної суміші. Недоліком такого способу є те, що створення кавітації гідродинамічним способом вимагає застосування енергозатратних вібродвигунів. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу попереднього оброблення субстратів, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків досягається можливість глибокого гідролізу органічних сполук перед подальшими стадіями анаеробного бродіння субстратів з малими затратами часу та енергії. Поставлена задача вирішується тим, що у способі попереднього оброблення субстратів перед анаеробним зброджуванням, що полягає у здійсненні лужного та кавітаційного гідролізу органіки, згідно з корисною моделлю, використовують оснащений манометром, ультразвуковим диспергатором та теплогенеруючою установкою відокремлений від основного метантенка герметичний гідролізатор, всередині якого розміщують барботер, і подають в ємність гідролізатора свіжий субстрат, до якого попередньо додають луг, а також подають рециркульований з метантенка біогаз у барботер та у теплогенеруючу установку, відводять барботований біогаз на змішування з отриманим на виході з метантенка товарним біогазом, відводять гідролізований субстрат з гідролізатора у метантенк і одночасно додають до субстрату кислоту. На кресленні представлено загальну технологічну схему способу попереднього оброблення субстратів перед анаеробним зброджуванням, яка складається з оснащеного манометром 3, ультразвуковим диспергатором 1 та теплогенеруючою установкою 9 відокремленого від основного метантенка гідролізатора 2, всередині якого розміщують барботер 4, і яка передбачає подавання в ємність гідролізатора свіжого субстрату 7, до якого попередньо додають луг 8 (NaOH), а також подають рециркульований з метантенка біогаз у барботер 11 та у теплогенеруючу установку 10, відводять барботований біогаз на змішування з отриманим на виході з метантенка товарним біогазом 5, відводять гідролізований субстрат з гідролізатора у метантенк 6 та одночасно додають до субстрату кислоту 12 (НСІ). Технологічна схема функціонує таким чином. Перед подаванням у герметичний гідролізатор до порції сирого субстрату (осаду каналізаційних очисних споруд, рідких чи напіврідких органічних відходів сільгоспвиробництва) 7 додають луг 8, за який можна використовувати розчин NaOH, для зниження рН субстрату та ініціювання початку лужного гідролізу. Після цього суміш подають у гідролізатор 2, заповнюючи його таким чином, щоб у верхній частині залишався вільний простір. За допомогою ультразвукового диспергатора 1 субстрат опромінюють ультразвуковими хвилями, викликаючи у субстраті ультразвукову кавітацію. У барботер 4 подають під тиском рециркульований з метантенка біогаз, який розпилюють через отвори барботера, після чого він барботує крізь 1 UA 107470 U 5 10 15 20 субстрат і збирається у верхній частині порожнини герметичного гідролізатора над субстратом. З надходженням рециркульованого біогазу тиск всередині герметичного гідролізатора зростає. Гідролізатор містить клапан, через який біогаз відводять з гідролізатора на змішування з отриманим на виході з метантенка товарним біогазом 5 і який підтримує всередині гідролізатора надлишковий тиск. Для контролю тиску гідролізатор оснащують манометром 3. При барботажі біогаз у вигляді бульбашок, що проходять крізь субстрат, послаблює міжмолекулярні зв'язки в ньому, порушує суцільність середовища, утворює у ньому мікронадриви і через це його бульбашки стають центрами зародження кавітації. Це знижує необхідні енергетичні затрати на зародження кавітації, а також посилює її інтенсивність без збільшення інтенсивності опромінювання. Підвищення тиску всередині гідролізатора призводить до більш інтенсивного захлопування кавітаційних бульбашок і, як наслідок, підвищення значень локальних збільшень тисків і більш інтенсивного руйнування органіки. Значення надлишкового тиску має бути надто високим, оскільки це призводить до підвищення кавітаційного порогу. Теплогенеруюча установка 9, яка отримує та спалює для виробництва теплової енергії рециркульований з метантенка біогаз 10 поступово нагріває субстрат. Швидкість нагрівання розраховують так, щоб до закінчення гідролізу температура субстрату досягала значення, необхідного перед подачею у основний метантенк для подальшого бродіння. Час, необхідний для закінчення гідролізу визначають експериментально шляхом пробного зброджування конкретного субстрату. Глибину гідролізу оцінюють за величиною розчинного ХСК. Після закінчення гідролізу гідролізований субстрат видаляють з гідролізатора, до нього додають кислоту 12, за яку можна використовувати розчин соляної кислоти, для зниження рН субстрату. Після цього субстрат подають у основний метантенк 6. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб попереднього оброблення субстратів перед анаеробним зброджуванням, що полягає у здійсненні лужного та кавітаційного гідролізу органіки, який відрізняється тим, що використовують оснащений манометром, ультразвуковим диспергатором та теплогенеруючою установкою відокремлений від основного метантенка герметичний гідролізатор, всередині якого розміщують барботер, і подають в ємність гідролізатора свіжий субстрат, до якого попередньо додають луг, а також подають рециркульований з метантенка біогаз у барботер та у теплогенеруючу установку, відводять барботований біогаз на змішування з отриманим на виході з метантенка товарним біогазом, відводять гідролізований субстрат з гідролізатора у метантенк і одночасно додають до субстрату кислоту. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2