Ферментатор біогазу

Ферментатор біогазу, що має ізольований робочий об'єм метанового бродіння, герметизова 3 78110 4 діння у 3-5 раз, використанні сонячної енергії для Підбирач мулу 3 закріплюється на бункері 2 з створення оптимальних умов для метанового броможливістю рухатися з двома ступенями вільності: діння. вверх-вниз і вправо-вліво. Підбирач має придонне Метанове бродіння викликає група мікрооргазакінчення у вигляді розрихлювача мулу 10, Фіг 3, нізмів, механізм взаємодії яких ще не досліджено, який направляє мул до подаючого шнеку. Цим не виявлена роль дихання, джерел водню, вуглезабезпечується збирання мулу у радіусі досяжноскислого газу. ті підбирача і наповнення мулом бункера 2 і робоПрототипом пристрою для ферментації чого об'єму ферментора-маточника. служить біоенергетична установка для метанового Ферментер біогазу працює при заповненні робродіння. Описана в довіднику ["Теплиці та теплибочого об'єму мулом з вологістю 0,8-0,9 і заповчні господарства", Київ, урожай, 1993р., стор.422, ненні об'єму до рівня, що нижче лінії газового кустор.177, автори Г.Г.Шишко, В.О. Потапов, Л.Г. пола на висоту хвиль. Суліма, Л.С. Чебанов]. Заповнений мулом об'єм перемішується приПрототип має метантенк з системою обігрідоним розрихлювачем і іммобілізатором. В об'ємі вання, збірну ємність, ємність теплообміну, газгопідтримується однорідна рухлива суспензія із води льдер, гноєзбірник і насоси для перекачування і залишків рослинної і водоростевої маси. Ввогною, теплоносія, шлаку. Анаеробний процес здійдиться маточна культура метанового бродіння. снюється у затемненому об'ємі. Для цього використовується бункер і насос заванПрототип використовує органічну масу викидів таження. Включаються пристрої обігріву і досягатваринницьких ферм, яка повинна бути ізольована ється температура 55°С. Включаються перемішувід довкілля. Тому метантенки виконуються стійвачі, розміщені на межі газ-суспензія, що служать кими до корозії, здатними утримувати масу. На іммобілізаторами і карболізаторами газу. Процес метантенки відносяться транспортні затрати та ферментації почався. затрати на зберігання маси на протязі всього періАналоги і прототип використовують анаеробне оду ферментації, 22 доби. метанове бродіння у закритому і затемненому об'Задачею винаходу є використанні мулу водоємі метантенків-циліндрів, висота яких досягає йм, річок, боліт у тонких шарах, скорочення пері10м. оду ферментації, підвищення ефективності біогаФерментер біогазу по даному винаходу викозу, виростити повноцінну маточну культуру нується плаваючим. Це вирішує питання міцності. старий мул, підвищити вміст метану у біогазі. Внутрішній тиск зрівноважується зовнішніми силаЦе досягнуто тим, що ферментер біогазу має ми. ізольований робочий об'єм метанового бродіння, Друга особливість винаходу полягає у збільнасоси завантаження, придонного переміщування шенні розмірів горизонтальних. Тонший шар субіомаси і вивантаження старого мулу, засоби пласпензії має більшу поверхню світлосприймання. вучості і термостатування, який відрізняється тим, Третя особливість: анаеробний процес здійсщо герметизований газозбірник виконано світло нюється при освітленні сонцем. Остов ферментепрозорим для видимого спектру і обладнано оберра біогазу прикривається герметизованим світло товим іммобілізатором метанових мікроорганізмів прозорим для видимого спектру куполомз щілевими світло і газопідводами, розміщеними газозбірником. на межі газ-суспензія, а насос завантаження облаСтворюється газовий об'єм, у якому 67% меднано бункером і шнековими подавачами мулу чи тану і 33% вуглекислого газу. Це є недоліком. Мебіомаси. танові бактерії не можуть мати контактів з газовим Приведені креслення пояснюють суть винахосередовищем. Винахід усуває цей недолік, розміду. щенням на межі газ-суспензія іммобілізатора із При цьому: Фіг.1 - С хема ферментера біогазу щілинами світло і газопідведення і переведенням Фіг.2 - Схема розміщення мішалок і іммобілізаоб'ємного процесу бродіння у поверхневий. Іммотора білізатор обертається і продовжує процес вивільФіг.3 - Підбирачі мулу. нення вуглецю із СО2 і зв'язування водню з вуглеФерментер біогазу розміщений у воді і знахоцем у метан СH4. Вуглекислий газ захвачується із диться на плаву при заповненому мулом остові газового куполу і вноситься в суспензію. Метанові (поз.1, Фіг.1). Остов має бокові стіни і днище, виорганізми для свого росту в період дихання потреконані із теплоізоляційного, плаваючого, з обігрівбують кисню. Це є відомим фактором, який виконими елементами листового матеріалу, яким наристовується в очисних спорудах для денітрифідана форма паралелепіпеда з розмірами b, l, h кації води. Метанові мікроорганізми в так званому шириною, довжиною, висотою, (м) об'ємом V і постарому мулі у затемненій частині очисника розвною поверхнею ривають молекули окислів азоту і забирають кисень 1 1 1 2 3 S = V·2( + + )м , якщо V має вимір у [м ] 2NO2®N2+2O2 b l h 2NO®N2+O2 Остов обладнано бункером 2, підбирачем муВ очисних спорудах ці реакції проводяться в лу 3, іммобілізатором 4, донним перемішувачем 5, затемненій частині очисника тому, що у воді є вогерметичним газовим куполом із світлопрозорого дорості, які на світлі виробляють кисень і забезпематеріалу 6, вивантажником старого мулу (шламу) чують ним метанових мікроорганізмів. У метантен7, завантажувачем мулу 8. ку водоростей нема. Метанові мікроорганізми Газозбірник має патрубок 9 для приєднання до постійно потребують кисень і знаходять його у воді газгольдера, розміщуваного на березі. Н2О і у вуглекислому газі виробленого біогазу. 5 Енергія утворення метану із вуглецю і водню ACH4 = DHC + 4D HH - DHCH4 = 78110 = 171+ 4·52,1- 17,9 = 397,5 ккал/ моль Для порівняння: ACO = 192,2 ккал/ моль 2 AH O = 221 6 ккал/ моль , 2 Відщеплення кисню від окислу азоту потребує енергії NO2®NO+О+70,8ккал/моль [В.Н. Кондратьев. Структура атомов и молекул. Москва. 1959 стр.524, стр.498]. Метанові мікроорганізми виконують велику роботу. Ферментери повинні створювати умови для їх росту і розвитку. Молекули води мають менші сили зв'язку між атомами ніж молекули окислів азоту. Поживившись киснем, метанові мікроорганізми вивільняють водень і вуглець, які утворюють молекули метану, СH4. Вуглець вивільняється із вуглекислого газу. Сонячне світло своїми квантами збуджує молекули води. При достатній енергії кванта відбувається фотоліз води і утворення йонів O2- і 2[Н+], які використовуються мікроорганізмами у всі х стадіях розкладу органічної маси. Збуджені молекули води швидше віддають кисень споживачам. Це підвищує швидкість ферментації. Сонячне світло постачає велику теплову енергію. Ця теплова енергія вноситься в масив суспензії. Іммобілізатор виконано із сіток, що утримують мікроорганізми, в робочому об'ємі. Маточна культура мікроорганізмів вноситься один раз. Швидкість росту маси мікроорганізмів в іммобілізаторах збільшується в 2 рази. Іммобілізатор обертається. Відбувається постійна зміна світлового і темпового періодів і заміна маси суспензії, яка виноситься на світло. Відкритий до світла газозбірник сприймає сонячне випромінювання потужністю 1,3кВт/м 2 на протязі 10-12 годин. Площа газозбірника S=BI. Енергетичний баланс ферментера-підбирача має сумарне надходження енергії Qпр=P·S·h 9=1,3кВт/м 2·4·10м 2·122=624кВт.г і втрати енергії Qвтр.=K·S·Dqhдоба =2Вт/м 2·°С·100м 2·50°C·24=240кВт.г 6 Влітку ферментер не потребує спалювання виробленого біогазу для підтримання оптимальної температури робочого об'єму. Для паралелепіпеда відношення поверхні до об'єму S 1 1 1 = 2( + + ) V B l H обернено - пропорційне до лінійних розмірів. Витрати енергії зменшуються. Приток енергії збільшується. Ферментер може накопичувати сонячну енергію у вигляді тепла. Цьому сприяє мала висота мулу і значна площа, що сприймає тепло сонця. Коефіцієнт вологості мулу у ферментері повинен бути К2=0,8. Кількість сухої маси Мch=(1-K b)gn=0,2·1·50000=100кг Вихід газу Мгаз у=0,8 Мс.р=80кг Маточна культура із ферментора-маточника забирається із робочого об'єму через вивантажувальний насос. Біогаз накопичується у газгольдері, який приєднується до патрубка газозбірника . Функціональні особливості ферментера біогазу полягають у наступному: 1. Ферментер біогазу має плавучість. Зовнішні сили і внутрішні тиски зрівноважуюься, що дозволяє зменшити капітальні затрати. 2. Зменшення висоти робочого об'єму забезпечує потужний приток світлової енергії. 3. Світлова енергія у метановій ферментації прискорює ріст мікроорганізмів за рахунок фотолізу, підвищення розчинності і карболізації вуглекислого газу, що збільшує ви хід біогазу і його цінність. 4. Ферментер біогазу пристосований до автономної роботи при малих товщинах шару мулу у водоймах і озерах. 5. Розвинений іммобілізатор мікроорганізмів продовжує період дії метаноутворюючих мікроорганізмів, стимулює їх ріст, забезпечує киснем дихання і воднем для створення метану. 6. Освітлення метантенка не порушує його анаеробності. 7. Ферментер біогазу може бути використаний як маточник і для автономної роботи на водоймах і на суші. 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 78110 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601