Установка для анаеробної переробки органічних відходів

1. Установка для анаеробної переробки органічних відходів, яка містить сталевий теплоізольований корпус із заливною горловиною, зливним патрубком, газовим патрубком і гідравлічним затвором у верхній частині, еластичну мембрану з жорстким центром, з'єднану краями з нижньою частиною затвора, пристрій перемішування субстрату у вигляді набору ланцюгів, що складається з декількох ярусів, кінцеві ланки яких зафіксовані на корпусі і жорсткому центрі мембрани, рідинну систему нагріву субстрату з резистивним електронагрівачем, що гідравлічно з'єднана з сонячним колектором, а резистивний електронагрівач - з вітроелектроустановкою, яка відрізняє ться тим, що корпус виконаний у вигляді зрізаного знизу конусного резервуара, охопленого циліндровою обичайкою з днищем таким чином, що вони утворюють герметичну порожнину, заповнену теплоносієм, в нижній частині якої встановлений резистивний електронагрівач, утворюючи замкнуту систему нагріву субстрату, U 2 30807 1 3 30807 Ознаки ферментатор газгольдера, співпадаючі з істотними ознаками запропонованої установки для анаеробної переробки біомаси: - реактор з подвійним теплоізольованим корпусом, внутрішня порожнина якого має у верхній частині заправну горловину і зливний патрубок в нижній; - еластична мембрана, яка герметизує верхню частину корпусу; пристрій перемішування субстрату, поєднаний з мембраною і корпусом; - система нагрівання субстрату, в якій проміжна порожнина подвійного корпусу з'єднана з сонячним колектором (нагрівачем). Причини, що перешкоджають отриманню необхідного результату: У відомому ферментаторі - газгольдері пристрій перемішування субстрату виконано у вигляді пружинистої плоскої металевої спіралі, технологія виготовлення якої достатньо складна, при цьому, в процесі експлуатації в субстраті, вона неминуче втрачає свої якості, що пружинять і не підлягає регулюванню. При експлуатації і ремонтах, зв'язаних із зніманням мембрани, виконання вимог забезпечення надійної герметичності корпусу в умовах фермерського і особистого господарства, як показує досвід експлуатації, є проблематичним. Організація системи нагріву з сонячним вакуумованим колектором і теплоносієм з фазовим переходом, не тільки робить ще більш дорожчим ферментатор, знижуючи ступінь його екологічності, ускладнює умови його експлуатації, але і обмежує область його територіального застосування по величині сонячної інсоляції. В якості найближчий аналогу прийнята біогазова установка [див. заявка України №20040403055 від 26.04.2004г.], яка позбавлена основних вищеназваних недоліків. Біогазова установка складається з сталевого теплоізольованого корпусу із заправною горловиною, зливним патрубком, газовим штуцером і гідравлічним затвором у верхній частині, еластичну мембрану з жорстким центром, що має можливість з'єднання її країв з нижньою частиною затвора, пристрій перемішування субстрату у вигляді набору ланцюгів, який складається не менше чим з двох їх ярусів по висоті, при цьому, кінцеві ланки ланцюгів зафіксовані на жорсткому центрі мембрани і корпусі, рідинну систему нагріву субстрату, що містить усередині корпусу збірний теплообмінник, який складається з нижнього прямотрубного регістра, в центральній трубі якого розміщений резистивний електронагрівач, і верхнього прямотрубного регістра, сполучених по їх периметру прямими трубами, причому, теплообмінник гідравлічне з'єднується з сонячним колектором, а резистивний нагрівач з вітроелектричною установкою. Ознаки, які співпадають з суттєвими ознаками найближчого аналога; - сталевий теплоізольований корпус із заправною горловиною, зливним патрубком, 4 газовим штуцером і гідравлічним затвором у верхній частині; - еластична мембрана з жорстким центром, що має можливість з'єднання її краю з нижньою частиною затвора; - пристрій перемішування субстрату у вигляді набору ланцюгів, не менше чим з двох ярусів, кінцеві ланки яких зафіксовані на корпусі і жорсткому центрі мембрани; - рідинна замкнута система нагріву субстрату з резистивним електронагрівачем, що з’єднується з сонячним колектором, а резистивний нагрівач з вітроелектричною установкою. Причини, що перешкоджають одержати необхідний результат. Дана установка відноситься до класу малих установок, призначених для використання в особистих і малих фермерських господарствах. Для їх ефективної роботи, органічні відходи повинні бути відповідно підготовлені - подрібнені до певної величини, що указується в експлуатаційній документації на них. Проте, як показує досвід експлуатації подібних установок, ізза недотримання цієї вимоги споживачем, страждає як якість, так і кількість кінцевих продуктів переробки - органічного добрива і біогазу. Необхідно відзначити, що якість руйнування верхнього кіркового шару субстрату і його перемішування в нижній частині корпусу з допомогою тільки ланцюгів теж не високе. На якість і кількість кінцевих продуктів зброджування має також велике значення стабільна підтримка певної температури ферментації сировини в установці, що необхідно для ефективної життєдіяльності і розмноження метаноутворюючи х бактерій, але розміщення резистивного електронагрівача (ТЕН) в обмеженому об'ємі теплообмінника приводить до перегріву теплоносія (води або тосолу) в нагрівальній системі, що негативно позначається на життєдіяльності мікроорганізмів в шарах субстрату, які безпосередньо контактують з поверхнею теплообмінника усередині реактора, крім невиправданих витрат електроенергії із-за недостатньо розвиненій теплообмінній поверхні самої системи нагріву субстрату. У основу корисної моделі поставлено завдання підвищення кількості і якість виходу продуктів анаеробного бродіння, шляхом забезпечення кращих оптимальних умов життєдіяльності і розмноження метаноутворюючих бактерій з одночасним зниженням витрат електроенергії. Суть корисної моделі полягає в тому, що в установці для анаеробної переробки органічних відходів, яка складається з сталевого теплоізольованого корпусу із заливною горловиною, зливним патрубком, газовим патрубком і гідравлічним затвором у верхній частині, еластичну мембрану з жорстким центром, сполучену краями з нижньою частиною затвора, пристрій перемішування субстрату у вигляді набору ланцюгів, що складається з декількох ярусів, кінцеві ланки яких зафіксовані на корпусі і жорсткому центрі мембрани, рідинну замкнуту 5 30807 систему нагріву субстрату, з резистивним електронагрівачем, що гідравлічне з'єднується з сонячним колектором, а резистивний електронагрівач з вітроелектроустановкою, корпус виконаний у вигляді зрізаного знизу конусного резервуару, охопленого циліндровою обичайкою з днищем таким чином, що вони утворюють герметичну порожнину, заповнену теплоносієм, утворюючи замкнуту систему нагріву субстрату, в нижній частині якої встановлений резистивний електронагрівач, і в яку введений терморегулятор, вмонтований в корпус, при цьому, резистивним нагрівач електричне з'єднаний з фотоелектричною батареєю, а пристрій перемішування складається з трьох ярусів ланцюгів, при цьому, кожен ярус ланцюгів охоплений капроновою рибальською сіткою з розміром очка, що зменшуються від ярусу до ярусу зверху до низу, кінцеві ланки ланцюгів верхнього ярусу зафіксовані на нижній частині гідравлічного затвора і жорсткому центрі мембрани, кінцеві ланки середнього ярусу зафіксовані нижче за вхідний отвір заливної горловини в резервуарі і сполучені з ланцюгами верхнього ярусу і (або) з жорстким центром мембрани, а кінцеві ланки ланцюгів нижнього ярусу з'єднані з ланцюгами середнього ярусу і зафіксовані в нижній частині резервуару, причому, кінцеві ланки ланцюгів зафіксовані на корпусі попарно-перехресно таким чином, що бічні гілки ланцюгів ярусів мають можливість контактувати з внутрішньою поверхнею корпусу, сітки виконані багатошаровими, а корпус і затвор можуть бути виконані з полімерів. Розкриваючи причинно-слідчий зв'язок між істотними ознаками установки, що заявляється, і технічними результатами необхідно відзначити наступне: Виконання корпусу у вигляді зрізаного знизу конусного резервуару, охопленого циліндровою обичайкою з днищем, з утворенням герметичної порожнини між ними, заповнену теплоносієм (водою або тосолом), в нижній частині якої встановлений резистивний електронагрівач, електричне з'єднаний з терморегулятором, вмонтованим в корпус, дозволило організувати ефективну теплотехнічну систему нагріву субстрату з підтримкою стабільної температури термофільного анаеробного процесу. При цьому виключається температурне пригноблення метаноутворюючи х бактерій, і створюються комфортні умови для їх життєдіяльності. Резистивний нагрівач має також можливість підключення до фотоелектричної батареї, підвищуючи ступінь енергетичної автономності установки. Ланцюги верхнього ярусу, зафіксовані попарно-перехресного на нижній поверхні затвора, забезпечені капроновою сіткою, при переміщеннях мембрани якісніше руйнують верхній кірковий шар субстрату, сприяючи вільному виділенню біогазу з його нижніх і середніх шарів, що перемішуються іншими ярусами, охопленими і закріпленими на них капроновими сітками з очком, розміри яких зменшуються по ярусах зверху до низу. При цьому, капронові сітки, будучи гарним 6 іммобілізатором для метаноутворюючих бактерій, не тільки сприяють кращому перемішуванню субстрату, але і служать свого роду багатошаровими фільтрами що затримують в активній зоні життя бактерій неякісне підготовлені до бродіння рослинні відходи. Таким чином, вдається виключити негативний «людський чинник» при експлуатації установки. Виконання резервуару корпусу конусним, дозволило також бічним гілкам ланцюгів при підйомі мембрани за рахунок підвищення тиску біогазу і її опусканні під власною вагою і вагою пов'язаних з нею ланцюгів при відборі газу, постійно очищати внутрішню поверхню конусної частини корпусу і його днища, а за рахунок перехресного з'єднання ланцюгів і самоочищатися. До того ж, металеві ланцюги, що контактують з поверхнею корпусу, що нагрівається, самі по собі є гарними теплопровідниками, сприяючи вирівнюванню температури субстрату за всім його обсягом. Невисокі температури теплоносія і зброджування дозволяють виготовляти корпус із затвором з полімерів, у тому числі і з їх відходів. Суть корисної моделі пояснюється кресленням; на Фіг.1 зображений загальний вид установки. Установка складається з теплоізольованого корпусу, утвореного конусним резервуаром 1 і циліндровою обичайкою 2 з днищем, утворюючи герметичну порожнину - теплову сорочку 3 рідинної системи нагріву. Корпус забезпечений заправною горловиною 4, зливним патрубком 5, газовим штуцером 6 і затвором 7. Система нагріву (теплова сорочка) 3 з'єднана з тепловим сонячним колектором 8 за допомогою вентилів В1, В2 і трубопроводів Тр.1, Тр.2. У нижній частині сорочки встановлений єлектронагрівач 9 (TEH), електричне з'єднаний з терморегулятором 10, що підтримує необхідну температуру процесу. ТЕН електричного з'єднаний з вітроелектроустановкою 11 і фотоелектричною батареєю 12. Корпус зверху закритий мембраною 13 з жорстким центром 14 і її краї 15 зафіксовані в нижній частині затвора 7. У корпусі розміщений пристрій перемішування субстрату у вигляді набору ланцюгів 16 (показані не всі ланцюги), набраних, в три яр уси по висоті корпусу; верхній 17, середній 18 і нижній 19, причому кожен ярус знизу охоплений рибальською капроновою сіткою 20, підв'язаною до ланцюгів капроновими нитками (не показано) з величиною очка, що зменшуються від ярусу до ярусу зверху до низу. Кінцеві ланки ланцюгів верхнього ярусу 17 зафіксовані на нижній частині затвора 7, середнього ярусу 18 зафіксовані на корпусі нижче за вхідний отвір 21 завантажувального патрубка 4, нижнього ярусу 19 пов'язані з ланцюгами середнього ярусу 18. Установка працює таким чином. Після запуску установки і виходу на експлуатаційний режим зброджування, коли виділяється біогаз, під його тиском мембрана 5 з нижнього положення переміщається вгору, а при відборі газу опускається вниз, при цьому верхній ярус 17 ланцюгів 16 з сітками 20 руйнує верхній 7 30807 кірковий шар, сприяючи кращому виділення бульбашок газу з перемішуваних більш нижніх шарів ярусами ланцюгів 18, 19. Перемішуванню сприяють і сітки 20, причому частинки органіки, що не перебродили, в основному рослинного походження, у міру анаеробного розкладання поступово через очко сіток середнього ярусу 18 і нижнього 19 опускаються вниз резервуару 1 до повного розкладання. Зрештою, при циклічного, зазвичай щодобовою, завантаження відходів через горловину 4 і одночасному вивантаженню маси, що перебродила, з патрубка 5, що залишилася на сітках, частина субстрату, що не перебродила, продовжує брати участь в наступних циклах переробки до повного розкладання, причому, саме на матеріалі сітки мікроби фіксуються і найбільш активні. Нагрів теплоносія в рідинній системі субстрату забезпечується злектронагрівачем - 9 (ТЕН). Тепло від стінок конусного резервуару 1 передається субстрату також за допомогою металевих ланцюгів, що постійно контактують з ними, 16, при автоматичному його перемішуванні, без участі людини. У сонячний період, для нагріву субстрату можливе використання тільки сонячного теплового колектора 8, а при недостатній сонячній активності, ТЕН може використовуватися тільки для догріву субстрату до необхідної температури. Постійність підтримки температури анаеробного процесу, наприклад, термофільного 52-56С, забезпечується терморегулятором- термостатом 10, а контроль температури термометром Т1. Електронагрівач 9 в установці може отримувати електроживлення як від вітроелектроустановки 11, так і від фотоелектричної батареї 12, при їх наявності. Таким чином, в установці створені оптимально комфортні умови для життєдіяльності метаноутворюючи х бактерій, з виключенням «людського чинника» при підготовці сировини до зброджування, перемішування субстрату, підтримки стабільної температури анаеробного процесу. При цьому не тільки підвищується вихід якісних продуктів анаеробної переробки органіки, але і економиться до 20% електроенергії. Установка адаптована до використання відновлюючих джерел енергії; сонця, вітру, біомаси, і може працювати в автономному режимі. Використання в конструкції простих стандартних матеріалів і виробів не тільки здешевлюють установку, але і спрощує умови експлуатації, що дуже важливе для малих установок анаеробної переробки органічних відходів. 8