Спосіб електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування

Реферат: Спосіб електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування включає попередню обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами між електродами. При цьому обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами здійснюють з енергією в імпульсі від 20 до 110 Дж та сумарною питомою енергією обробки від 3 0,6 до 0,8 мДж/м без утворення між електродами каналу наскрізної провідності. UA 120542 U (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНОЇ ПІДГОТОВКИ БІОМАСИ ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ АНАЕРОБНОГО ПРОЦЕСУ ЗБРОДЖУВАННЯ UA 120542 U UA 120542 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів переробки органічних відходів в анаеробних умовах і може знайти застосування на підприємствах сільського господарства для отримання біометану і органічних добрив. Відомі спосіб виробництва біогазу з сільськогосподарських відходів та біогазова установка для його здійснення (Пат. 2463761 Російська Федерація, МПК А01С 3/00 (2006.01). "Способ производства биогаза из сельскохозяйственных отходов и биогазовая установка для его осуществления"; опубл. 20.10.2012; http://www1.fips.ru/), згідно з яким проводять попередню гомогенізацію відходів, подальшу сепарацію відходів на компоненти, подачу компонентів відходів, які біологічно розкладаються, в резервуар виробництва біогазу і подальше роздільне або спільне використання компонентів і біогазу. Ознакою, яка збігається з суттєвою ознакою способу, що заявляється, є попередня обробка відходів. Причинами, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, є багатостадійність і технологічна комплексність попередньої підготовки сировини - відходів. Відомо спосіб підготовки сировини-гною гомогенної структури для збільшення виходу біогазу (Пат. 100157 України, МПК C05F 3/00; C05F 3/06 (2006.01). опубл. 10.07.2015; http://base.uipv.org/searchINV/), за яким підготовляється сировина-гній до ультратонкого стану гомогенної структури активатором турбулентного змішування розсікачем з отворами, по яких гній розподіляється посекторно по зонту, обробляється опромінювачем бактерицидної дії, підігрівається інфрачервоним промінням та з наступним примусовим відбиранням газів. Ознакою, яка збігається з суттєвою ознакою способу, що заявляється, є попередня обробка сировини (підготовлюють до збільшення виходу біогазу). Причинами, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, є те, що підготовка сировини до ультратонкого стану гомогенної структури є технологічно складною і комплексною процедурою (використання турбулентного змішування, опромінювача бактерицидної дії, підігрівача інфрачервоним промінням). Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі є спосіб ініціювання анаеробного процесу зброджування органічних речовин (Пат. 2207325 Російська Федерація, МПК (2001) C02F 11/04, C02F 3/30, C05F 3/00. "Способ инициирования анаэробного процесса сбраживания органических веществ"; опубл. 27.06.2003; http://www1.fips.ru/), в якому шляхом термофільного біохімічного розщеплювання у водному середовищі, при якому органічні речовини у водному середовищі попередньо оброблюють високовольтними електричними розрядами між анодом та катодом в умовах аерації. Ознакою, яка збігається з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є попередня обробка біомаси високовольтними імпульсними розрядами між електродами. Причинами, які перешкоджають отриманню очікуваного технічного результату, є складність і багатостадійність технологічного процесу, що пов'язані з необхідністю використання сітки для розділення органічних речовин від розрядної зони та додаткової аерації. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування шляхом створення умов для здійснення високовольтних розрядів без утворення між електродами каналу наскрізної провідності, що дозволить локалізувати плазмове утворення в об'ємі біомаси, і за рахунок цього збільшити біодоступність поживних речовин субстратів, добове газоутворення і поточний вихід біогазу. Крім цього спосіб дозволяє зменшити тривалість циклу обороту біоректора до 10 діб (середина традиційного діапазону) при збільшенні на 40 % інтенсивності утворення біогазу з незмінною, щодо контрольної, якістю біогазу по вмісту метану. Суть корисної моделі полягає в тому, що у способі електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування, що включає попередню обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами між електродами, згідно з корисною моделлю, обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами здійснюють з енергією в імпульсі від 3 20 до 110 Дж та сумарною питомою енергією обробки від 0,6 до 0,8 мДж/м без утворення між електродами каналу наскрізної провідності. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознаки "обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами здійснюють з енергією в 3 імпульсі від 20 до 110 Дж та сумарною питомою енергією обробки від 0,6 до 0,8 мДж/м без утворення між електродами каналу наскрізної провідності", дозволять збільшити біодоступність поживних речовин субстратів, добове газоутворення і поточний вихід біогазу. Спосіб дозволяє зменшити тривалість циклу обороту біореактора до 10 діб при збільшенні на 40 % інтенсивності утворення біогазу з незмінною, щодо контрольної, якістю біогазу по вмісту метану. 1 UA 120542 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Вибрані діапазони енергії в імпульсі та сумарної питомої енергії обробки визначені згідно з експериментальними дослідженнями ефективності підготовки біомаси з урахуванням необхідності створення в об'ємі біомаси розряду, подібного коронному розряду. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де наведено пристрій для реалізації способу. Пристрій для реалізації способу електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування містить розрядну камеру - ферментатор 1, заповнену біомасою 2. На кришці - ізоляторі 3 закріплені занурені в біомасу 2 позитивний електрод - вістря 4 та негативний електрод 5, з'єднані з джерелом імпульсного струму (на кресленні не показано). Робоча частина негативного електрода 5 виконана у вигляді дуги кола 6, в центрі якої розміщений робочий торець позитивного електрода - вістря 4. Спосіб здійснюють таким чином. Розрядну камеру - ферментатор 1 заповнюють біомасою 2 і занурюють у неї позитивний електрод - вістря 4 та негативний електрод 5, нижня частина якого виконана у вигляді дуги 6. Здійснюють обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами з енергією в імпульсі від 3 20 до 110 Дж та сумарною питомою енергією обробки від 0,6 до 0,8 мДж/м без утворення між електродами каналу наскрізної провідності. Між електродами 4 та 5 утворюється розряд, подібний коронному розряду. Плазма розряду формується на робочому торці позитивного електрода - вістря 4, що дозволить локалізувати плазмове утворення в об'ємі біомаси 2 і впливати на мікрофлору біомаси ультрафіолетовим випромінюванням, ударно-хвильовими електрокінетичними і кавітаційними процесами в середовищі, високими температурами в прирозрядних зонах. За рахунок цього збільшується біодоступність поживних речовин субстратів, добове газоутворення та поточний вихід біогазу. Після обробки біомаси високовольтними імпульсними розрядами ферментатор 1, згідно з відомою технологією, розміщують в лабораторний біореактор з газонакопичувачем біогазу та встановлюють в термошафу на 20 діб для реалізації мезофільного режиму анаеробного бродіння. Спосіб дозволяє зменшити тривалість циклу обороту біоректора до 10 діб (середина традиційного діапазону) при збільшенні на 40 % інтенсивності утворення біогазу з незмінною, щодо контрольної, якістю біогазу по вмісту метану. 3 Приклад. Завантажується біомаса 2 об'ємом 1,5 дм у резервуар ферментатора 1 об'ємом 3 1,7 дм . Після монтажу електродів 4, 5 у ферментаторі 1 здійснюють обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами з енергією в імпульсі від 20 до 110 Дж та сумарною 3 питомою енергією обробки 0,8 мДж/м без утворення між електродами каналу наскрізної провідності. Здійснюється високовольтний розряд у міжелектродному проміжку, що подібний коронному розряду, який впливає на мікрофлору біомаси ультрафіолетовим випромінюванням, ударно-хвильовими електрокінетичними і кавітаційними процесами в середовищі, високими температурами в прирозрядних зонах. За рахунок цього збільшується біодоступність поживних речовин субстратів, добове газоутворення та поточний вихід біогазу. Таким чином, спосіб електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування дозволить локалізувати плазмове утворення в об'ємі біомаси, і за рахунок цього збільшити біодоступність поживних речовин субстратів, добове газоутворення та поточний вихід біогазу. Крім цього спосіб дозволяє зменшити тривалість циклу обороту біоректора до 10 діб (середина традиційного діапазону) при збільшенні на 40 % інтенсивності утворення біогазу з незмінною, щодо контрольної, якістю біогазу по вмісту метану. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб електророзрядної підготовки біомаси для інтенсифікації анаеробного процесу зброджування, що включає попередню обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами між електродами, який відрізняється тим, що обробку біомаси високовольтними імпульсними розрядами здійснюють з енергією в імпульсі від 20 до 110 Дж та сумарною 3 питомою енергією обробки від 0,6 до 0,8 мДж/м без утворення між електродами каналу наскрізної провідності. 2 UA 120542 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3