Пристрій для ферментації

Пристрій для ферментації біомаси (водоростей, мулу, торфу, рослинних залишків) для одержання біогазу у воді без перевантажень і транспортування, який має метантенк з пристроями перемішування, нагрівання, іммобілізатором, газозбірником, газгольдером, компресорами, насосами, трубопроводами, джерелом електроенергії і пультом керування, який відрізняється тим, що робочий об'єм пристрою створено між стінами кар C2 2 (13) 1 3 85668 Ферментація водоростей і мулу метановим бродінням відрізняється високою надійністю. Продукти бродіння" розділяються природно, без сепарацій, фільтрацій, відстоювання. Шлам, що залишається, має лужний показник по водневому числу рН>7, значна частина шламу стає водорозчинною, гинуть паразити і гельмінти. Шлам із водоростей є кормом для риби. Аналогами даного винаходу є установки тваринницьких ферм [1, 2, 3]. Перша метанова установка побудована на острові Хортиця в 1950 році. Прототипом даного зинаходу служить метантенк по [патенту SU 1669874 А1 від 15.08.91р.] В метановому бродінні приймає участь кілька метанових бактерій: Methanobacterium formicicum Methanobacterium spirillum hun qati Methanosarcina barkeri. В [4] повідомляється, що японська фірма" "Мацусима електрик індастріал К°" відкрили нову метанову бактерію Methanobacterium kademensis St 23, яка в 3 рази швидше здійснює метаногенез. Ме ханізм метанового бродіння описано в українській [3] і світовій [4] науковій літературі. Важливим елементом цього процесу є роль водню. По [4] водень є постачальником електронів. По [3] вільний водень з'єднується з вуглецем і утворює метан. Але аналоги, прототип і науковці [3,4] не використали всіх особливостей метаногенезу. Метанобактерії потребують для свого розвитку кисень. Процес метанового бродіння анаеробний, без доступу повітря. Розвинута культура метанобактерій - активний мул забирає кисень у окислів СО2, NO2 H2O. Ці процеси використані в даному винаході. В прототипі з метою підвищення продуктивності на 10-20% застосовано іммобілізатор, який виконано із базальтового волокна, розміщеного у металевому циліндрі, який обігрівається трубчатим теплообмінником. В аналогах і в прототипі біомаса в метантенки подається насосами, під високим тиском. Цим створюється циркуляція і перемішування суспензії в метантенках. Самі метантенки виконуються у вигляді металічних циліндрів на 500-1000м 3, які протистоять корозії і розривним зусиллям, обумовленим внутрішніми тисками. Задачею даного винаходу є використання енергії водоростей і мулу із боліт, річок і водойм. Основною проблемою при цьому є транспортна. Потрібно виловити водорості, виловити рослинні залишки, мул, загрузити метантенкя, підвести тепло, створити і відвести збагачений метаном біогаз, інтенсифікувати процеси метаноутворення, включити в процес ферментації фотоліз води сонячним світлом. Ці задачі вирішує пристрій для ферментації. Пристрій для ферментації має ферментор, газгольдер, ресивер, компресори, насоси, маточник культури мікроорганізмів і відрізняється тим, що ферментор виконано із тепло ізолюючими змінної плавучості стінами, розміщеними у поверхневому 4 шарі масиву для відокремлення, розмішування, заселення мікроорганізмами , підігрівання, освітлення і ферментації відокремленої частини біомаси, обладнаними світлопрозорим куполом, під яким на межі Газ-суспензія розміщено іммобілізатори у вигляді обертових циліндрів з підстилаючими поверхнями для струй шламу із маточника мікроорганізмів для введення на всю глибину оброблюваної біомаси і в об'єм біогазу, зібраному під куполом, нижче іммобілізаторів розміщено шнековий перемішував, днище ферментера виконано надувним, притиснюваним до стінок силами виштовхування, намотуваним на барабани причілкових стінок, а подовжні стінки обладнані шнековими движителями, купол приєднано до газгольдера і газової мережі, змінні об'єми бокових стінок, надувні камери днища приєднані до ресивера і повітряної системи пристрою для ферментації. Суть винаходу розкривають приведені малюнки. При цьому Фіг.1. С хема метантенку Фіг.2. С хема пристрою для ферментації Фіг.3. Пристрій. Вид збоку. Виділяємо розподіл обладнання на те, що розміщується у воді (поз.1, Фіг.1) і те, що розміщується на березі чи іншому плавзасобі (2, Фіг.1). Обладнання на березі: газгольдер 7, ресивер 6, компресор 5, маточник культури мікроорганізмів 4, джерело електроенергії і пульт керування 3. Набір цього обладнання є загальновідомим для будь-якого метантенку. Особливості даного винаходу визначаються тим, що ферментер виконується самопливним. Стіни ферментера (1, Фіг.1) виконані із теплової ізоляції. Це можуть бути дошки із дерева, плити із дерев'яних стружок, панелі із багатошарових пластмас. Навантажень стіни не несуть. Стіни мають змінну плавучість. Це досягається, наприклад, двома камерами чи ковальськими піддувалами, прикріпленими на кожній із поздовжніх стін. В нижній частині стін розміщені шнекові движителі (15, Фіг.2). Піднявши ферментер, можна самостійно насунутися на масив водоростей, масив мулу чи сапропелю. Вигрузних пристроїв і пристроїв завантаження нема. Друга особливість - мала висота ферментера. Об'єм ферментера: V=lbH, м 3. Поверхня ферментера у воді S=1×b+2(1+b)Hм 2 На одиницю об'єму маємо поверхню S 1 2 2 1 = + + , V H b l m Теплонадходження від Сонця за час t при потужності q і глибині Η записується так: Q gt = V H Ці співвідношення показують, що при використанні сонячного тепла для нагрівання ферментера доцільно мати малу висоту стін. Самоплавний пристрій для ферментації має корпус 8, світлопрозорий герметизований купол 12, поперечний розрихлювач 9, циліндри обертових іммобілізаторів 13, барабанні приймачі рухли 5 85668 вого днища 10, поздовжні движителі 15 з електроприводом 16. Пристрій для ферментації працює так: Завантаження. Для завантаження установки використовується дно. На барабани 10 (Фіг.3) намотується гумо-те хнічна тканина з надувними порожнинами. Барабани приводяться в рух електродвигунами . Весь пристрій піднімається краном і ставиться на болото, торф, водорості. Можливо насунути пристрій на водорості. Третій варіант: використання движителів (поз.15,16). Після установки на місце підводиться днище. Накачується повітря у порожнини. Дно прижимається до стінок силами витиснення із води предметів з меншою питомою вагою (закон Архімеда). Подрібнення. Торф'яники, вищі водорості розпушуються за допомогою поперечного шнека (поз. 9) за допомогою електропривода. Шнек рухається вздовж всього ферментера. Розбавлення. Метановий процес потребує високої (до 90%) вологості. Торф, очевидно, буде розбавлятись водою. На воді це досягається легко. Обігрівання. Для обігрівання використовується літнє сонце і світловий день 10-16 год. на добу. ! Приток енергії Q=lbqt Q=1-1,4 кBт/м 2; t=10 год.×1(м), b(м) - розміри пристрою. Подача активного мулу. Робота пристрою основана на використанні маточного метантенка для вирощування культури термофільних бактерій. Двотижнева культура подається струменем у пристрій на барабани іммобілізатора. Для ферментера іммобілізатори можуть бути ватяні. Наприклад, у прототипі використані базальтові мотки. Значно ефективніші іммобілізатори з барабанами, в яких використані сітки пластмасові з кроком 5x5мм і діаметром 1 мм. Такий барабан виносить старий активний мул у біогаз і здійснює метанізацію біогазу. Звернемо увагу на обставину, що обертовий іммобілізатор постійно знаходиться у масі мулу (водорості), що розкладається, і у газі який зібраний куполом. Якщо вміст метану в біогазі досягне 90-95% то теплотворна здатність газу досягне значень промислового підземного газу. 6 Вивантаження шламу. Найпростіше вивантажити шлам за допомогою перестановки пристрою краном. Самопливний ферментер використовує змінну плавучість: ферментер піднімається на воді, включаються движителі і змінюється позиція ферментера на масиві болота, води. На новому місці випускається повітря із балонів до розрахункового рівня. Іммобілізатори виконують 5 важливих функцій: 1. вносять маточну культур у у об'єм ферментера, 2. перемішують суспензію, 3. виносять культуру мікроорганізмів у об'єм газу і здійснюють метанізацію біогазу, 4. виносять культуру мікроорганізмів на сонячне світло і використовують кисень і водень фотолізу води для росту культури, 5. переносять тепло Сонця у об'єм ферментера. Пристрій для ферментації дозволяє використати енергію, накопичену у водоростях, сапропелі, торфу, без транспортування, на місці покладу чи накопичення. Якщо виконати стінки ферментера такими, що здатні витримати вмерзання у воду, то ферментер у воді взимку може бути більш економічним ніж ферментер на морозі -50°С. У воді температура не зменшується нижче +4°C. Таким чином: ферментер є самопливним газозбірником болотного газу, обладнаним іммобілізаторами, перемішувачами відокремленої від масиву частини мулу, сапропелю, водоростей. Розміщення ферментера у воді є надійним і вигідним. Основною небезпекою ферментера є хвилі. Ця обставина вимагає розміщення ферментера у затоках і масивах очерету. Література: 1. Теплиці та тепличні господарства Г.Г.Шишко та ін. Київ, Урожай, 1993р. стр.177. 2. Біохімічні основи мікробіологічних виробництв. Г.О.Нікітін Київ, Ви ща школа. 1992р. 319стр., 2-видання. 3. Винахід SU1669874 АІ 15/08/91 Г.О.Нікітін і ін. Метантенк. Бюл. №30. 1991р. (прототип). 4. А.Самсон Биотехнология: свершения и надежды. И-во «Мир, Москва 1987г. 411стр. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85668 8 Підписне Тираж 28 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