Установка анаеробної переробки органічних відходів

Реферат: UA 87422 U UA 87422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до засобів анаеробного зброджування органічних відходів, зокрема призначена для детоксикації та отримання екологічно чистого органо-мінерального добрива з органічних та мінеральних відходів, зокрема осадів стічних вод та гіпсових відходів тощо внаслідок анаеробного розкладу відходів групами анаеробних мікроорганізмів-деструкторів і використання кінцевих продуктів для детоксикації відходів та рекуперації тепла та енергії. Відома біогазова установка [пат. Російської Федерації № 75908, А01С3/02, 2006], що містить приймальну ємність, вистелену чохлом з еластичного водонепроникного матеріалу, газовий ковпак, гідрогерметизатор, пристрій підігріву біомаси, ємність, обмежена земляним валом, облицьована чохлом з теплоізоляційного матеріалу, причому чохол є нерухомим і його краї розташовані в поглибленні кільцевого гідрогерметизатора; оснащена вертикальною і похилою мішалками, розвантажувальним і вивантажувальним трубопроводами, теплоізоляційним перфорованим екраном, розташованим безпосередньо над біомасою і краї якого покладені в поглиблення кільцевого гідрогерметизатора; газовий ковпак виконаний з полімерного матеріалу, краї газового ковпака закручені у вигляді кільцевого накопичувача баластної води і укладені в поглиблення кільцевого гідрогерметизатора, кільцевий накопичувач оснащений заливним і зливним патрубками, системою підігріву баласту; кільцевий гідрогерметизатор заповнений водою; у днище ємності встановлена дренажна труба, при цьому ємність є одночасно накопичувачем для зберігання гною і реактором для отримання біогазу і добрива. Недоліком відомої установки є відсутність очистки біогазу та використання інших компонентів газової фази, крім метану. Крім того, відсутність активного перемішування в середній зоні робочої ємності (біореактора) призводить до утворення застійних зон. В результаті зменшується швидкість процесу анаеробного зброджування і знижується ефективність роботи біогазової установки. При цьому проблематичне використання установки для збродження відходів, що містять важкі метали. Зазначені недоліки призводять до недостатньої ефективності обробки відходів. Найбільш близькою за технічною суттю до установки, що заявляється, є установка для отримання біогазу, що містить споряджений електроприводом та з'єднаний газопроводом з газгольдером біореактор, який обладнано мережею трубопроводів, одною частиною якої він з'єднаний з теплообмінником остаточного підігріву субстрату та з теплообмінникамирегенераторами, один з яких з'єднаний з накопичувальною ємністю, а другий з ємністю збродженого субстрату, при цьому інша частина мережі трубопроводів споряджена розширювальним баком, баком нагріву води та водогрійним котлом, а усередині біореактора розміщено трубчастий теплообмінник, яка відрізняється тим, що корпус біореактора виконаний у вигляді оснащеної ізоляцією днища та стінок прямокутної траншеї, над якою встановлені герметизовані від зовнішнього середовища секційні світлопрозорі дзвони з пристроєм для руйнування кірки субстрату та з газозбірними трубами, а в лижній частині корпусу розміщено скребковий транспортер ламаної форми, при цьому трубчастий теплообмінник розміщено над середньою частиною ламаного транспортера. Установка додатково оснащена очисником газу від домішок сірководню, вуглекислого газу та водяної пари, газгольдер виконаний у вигляді встановленого на гідроізольованій основі корпусу з гофрованими стінками та напрямною стійкою, розміщеною на центральній геометричній осі корпусу газгольдера, поряд з якою змонтований холодильник, при цьому в нижній та верхній частинах корпусу газгольдера розташовані ємності з рідиною, що не замерзає, а поряд з корпусом газгольдера встановлена розширююча стійка змінного перерізу, яка гідравлічно з'єднана з нижньою заповненою рідиною ємністю у корпусі газгольдера. Ізоляція днища та стінок біореактора виконана з матеріалу, стійкого до агресивного середовища [пат. України № 73241, МПК С 02 F11/04, 2012]. Суттєвим недоліком такої установки є наявність застійних явищ на відповідних відстанях між дзвонами. При цьому використання рухомих ґраток має не високу ефективність при руйнуванні кірки внаслідок обмеженості в їх пересуванні та не можливості задіяти даний вид механічного руйнування на всій поверхні рідкої фракції зброджуваних відходів. Крім того, рух ґраток відбувається за допомогою електроприводу, що значно збільшує економічні витрати на утримання установки в цілому. Також якість отриманого біогазу при очистці від сірководню, вуглекислого газу та водяної пари не відома. При цьому внаслідок пропускання біогазу через шар рідини у газгольдері відбувається поглинання цією рідиною сірководню та інших домішок, утворюється додаткові стічні води, які несуть вторинне антропогенне навантаження на довкілля. Крім того, за прототипом відбувається випуск в атмосферу негорючої частини складу отриманої в біореакторі суміші газів, що несе додаткове забруднення атмосфери та свідчить про значні обмеження у використанні установки. Наприклад, при утворенні біогазу з високим вмістом сірководню використання відомої біогазової установки проблематичне. Крім того, за прототипом 1 UA 87422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відсутня будь-яка можливість використання компонентів біогазу, окрім метанової фракції. Також недостатня продуктивність прототипу обумовлена відсутністю активного перемішування в системі, а отже газоутворення відбувається повільно. Крім того, на обігрів біореактора витрачаються значні об'єми водопровідної води. Задачею корисної моделі, що заявляється, є підвищення продуктивності роботи установки, створення рециклінгу матеріальних потоків, якісний поділ біогазу з підвищеним вмістом сірководнем на компоненти з наступною їх утилізацією та проведенням детоксикації відходів, які зброджуються, що здійснюватиметься за рахунок зміни конструкції установки. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій установці анаеробної переробки органічних відходів, що містить споряджений електроприводом та обладнаний мережею трубопроводів анаеробний біореактор, з'єднаний газопроводом з газгольдером, де корпус біореактора виконаний у вигляді оснащеного ізоляцією днища та стінок прямокутної траншеї і в нижній частині корпуса розміщено скребковий транспортер, над середньою частиною якого розташований трубчастий теплообмінник, накопичувальну ємність для попереднього змішування відходів та водогрійний котел, згідно із корисною моделлю, анаеробний біореактор додатково оснащений системою зрошування, яка виконана у вигляді системи трубопроводів на покритті-куполі, яким покритий анаеробний біореактор, з отворами, які розташовані по обидві сторони від трубчастого теплообмінника, а газгольдер являє собою термостат, корпус якого виконаний у формі еластичного резервуара пірамідальної форми, накопичувальна ємність розташована на вході в анаеробний біореактор і з'єднана через насос-дозатор із одною частиною трубопроводу мережі трубопроводів, що обладнаний анаеробний біореактор, для змішування відходів і їх завантаження в анаеробний біореактор і трубчастий теплообмінник, що розміщений над скребковим транспортером в корпусі анаеробного біореактора, сполучений через трубопровід другої частини мережі трубопроводів, що обладнаний анаеробний біореактор, із водогрійним котлом, при цьому установка також додатково оснащена охолоджуючою системою, розміщеною поряд з газгольдером, герметичним резервуаром для змішування розріджених газогідратів з рідкою фракцією зброджених відходів, розташованим на покритті-куполі анаеробного біореактора, площадкою для розділення зброджених відходів на тверду та рідку фракці, виконаною з ізольованим днищем та оснащеною дренажною системою і розміщеною па виході із анаеробного біореактора, вузлами для змішування та для розподілу потоків рідкої фракції, які розміщені поблизу площадки та водогрійного котла відповідно, при цьому за допомогою трубопроводів верхня частина корпусу газгольдера з'єднана з охолоджуючою системою, а нижня - з герметичним резервуаром, який сполучений із системою зрошування, вузол для змішування потоків рідкої фракції, сполучений через трубопроводи з трубчастим теплообмінником, площадкою, яка з'єднана з накопичувальною ємністю, та вузлом для розподілу потоків рідкої фракції, останній з'єднаний за допомогою трубопроводів з водогрійним котлом та герметичним резервуаром. Окрім того, покриття-купол над анаеробним біореактором та корпус газгольдера виконані із полімерного матеріалу. Завдяки такому виконанню установки забезпечується: розширення можливостей застосування біореактора за рахунок застосування рециклінгу матеріальних потоків з багаторазовим повторним їх використанням в технологічному циклі зброджування органічних відходів; виробництво екологічно чистих органо-мінеральних добрив; високоякісний поділ біогазу з виділенням та відновленням сірководню, який використовується для детоксикації відходів, що містять важкі метали (ВМ); підвищення екологічної безпеки та зменшення техногенного навантаження на довкілля у місці розташування анаеробної установки та від об'єктів складування та накопичення відходів. На кресленні, що додається, схематично зображена установка анаеробної переробки органічних відходів. Установка містить анаеробний біореактор 1, що покритий світлонепроникним полімерним покриттям-куполом 2 з патрубок 3 для відводу біогазу та оснащений системою зрошування 4, яка виконана у вигляді системи трубопроводів на покритті-куполі з отворами, що розташовані по обидві сторони від розміщеного всередині анаеробного біореактора 1 трубчастого теплообмінника 5, який розташований над скребковим транспортером 6. При цьому анаеробний біореактор 1 виконано у вигляді траншеї з ізольованими стінками та днищем і оснащено електроприводом 7 для здійснення руху транспортера 6. На вході в анаеробний біореактор 1 розташована накопичувальна ємність 8 для попереднього змішування відходів з насосомдозатором 9 і трубопроводом 10 для змішування відходів і їх завантаження в анаеробний біореактор 1. Анаеробний біореактор 1 з'єднаний газопроводом 11 з газгольдером 12. Газгольдер 12 включає еластичний корпус пірамідальної форми, який у верхній частині трубопроводом 13 2 UA 87422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 з'єднаний з охолоджуючою системою 14 розміщеною поряд з газгольдером 12, який сполучений трубопроводом 15 з герметичним резервуаром 16 розташованим на покриті-куполі 2, що використовується для змішування розріджених газогідратів з рідкою фракцією зброджених відходів і який сполучений трубопроводом 17 з системою зрошування 4. Для змішування потоків рідкої фракції установка оснащена вузлом 18, що сполучений трубопроводом 19 з трубчастим теплообмінником 5. Для розподілу потоків рідкої фракції установка оснащена вузлом 21, який сполучений трубопроводом 22 з водогрійним котлом 23 та лінією І з герметичним резервуаром 16. Для розділення зброджених відходів на тверду та рідку фракцію анаеробна установка включає спеціальну площадку 24 з ізольованим дном та з дренажною системою 25. Вузли 18 та 21 розміщені поблизу площадки 24 та водогрійного котла 23 відповідно. Площадка 24 за допомогою трубопроводу 26 з'єднана з вузлом 18, який лінією II сполучений з вузлом 21, при цьому площадка 24 лінією III з'єднана з накопичувальною ємністю 8. Водогрійний котел 23 трубопроводом 26 з'єднаний з трубчастим теплообмінником 5. Установка працює таким чином. Органічні та мінеральні відходи, що містять ВМ та сірчані сполуки відповідно, з накопичувальної ємності 8 за допомогою насоса-дозатора 9 трубопроводом 10 подаються до початку скребкового транспортера 6 анаеробного біореактора 1. Підтримці робочого температурного режиму в анаеробному біореакторі 1 сприяє теплообмінник 5, що вмонтований всередину анаеробного біореактора 1. Для формування анаеробних умов та запобігання росту в анаеробному біореакторі 1 фотосинтезуючих мікроорганізмів він вкритий зверху світлонепроникним полімерним покриттям-куполом 2. Під герметичним покриттям-куполом 2 відбувається накопичення біогазу з подальшим відведенням його через патрубок 3 газопроводом 11 в газгольдер 12. При цьому газгольдер 12 являє собою термостат, що заповнений на 1/2 водою, який виконаний у формі еластичного резервуара пірамідальної форми з полімерного матеріалу сріблястого кольору, що забезпечує відбиття світла. В газгольдері 12 здійснюється контакт біогазу з охолодженою до +5 °C водою при відповідному цій температурі рівноважному тиску, що відповідає парціальному тиску гідратоутворення сірководню та діоксиду вуглецю. Вода подається з охолоджуючої системи 14 трубопроводом 13 зверху у напрямку, протилежному подачі газу для здійснення контакту біогазу з водою в проточному режимі, чим забезпечують безперервну подачу метанової фракції, що утворилася, споживачу при умові достатньо високого вмісту її в біогазі, тобто якщо доля метанової фракції більше 30 %. Розкладання газогідратів сірководню та двоокису вуглецю відбувається при зниженні тиску з утворенням води, що містить сірководень та домішки двоокису вуглецю, яка подається по трубопроводу 15 в герметичний резервуар 16, де змішується з рідкою фракцією зброджених відходів, що необхідно для підвищення значення рН сірководневої води з подальшим використанням її для зв'язування іонів ВМ. Крім того, введення у простір анаеробного біореактора 1 сірководневої суміші використовується для перемішування відходів, а також відбувається руйнування кірки на поверхні усієї маси відходів, що піддається збродженню, а отже додатково стимулюється процес газовиділення. У подальшому сірководнева рідка суміш закачується за допомогою насоса-дозатора в анаеробний біореактор 1 через систему зрошування 4, яка виконана у вигляді системи трубопроводів, що розташовані по обидві сторони від розміщеного всередині анаеробного біореактора 1 трубчастого теплообмінника 5, що сприяє рівномірному розподілу по всьому об'єму анаеробного біореактора сірководневої рідкої суміші та активному перемішуванню суміші зброджуваних відходів. При цьому в трубчастий теплообмінник 5 як теплоносій трубопроводом 26 надходить рідка фракція зброджених відходів, яка очищена до рівня, придатного для повторного використання та підігріта у водогрійному котлі 23. Охолоджена у трубчастому теплообміннику 5 рідка фракція трубопроводом 19 повертається через вузли 18 та 21 у водогрійний котел 23. Розділення зброджених відходів на тверду та рідку фракцію реалізовується при підсушуванні їх на площадці 24 з ізольованим дном та з дренажною системою 25. При цьому утворена тверда фракція с готовим екологічно чистим органо-мінеральним продуктом, який в подальшому використовується як добриво. Крім того, частина твердої фракції зброджених відходів по лінії III подається на вході в анаеробний біореактор 1 в накопичувальну ємність 8 в якості закваски, що містить сформовану асоціацію анаеробних мікроорганізмів-деструкторів органічних забруднювачів, що сприяє більш якісному знезараженню та детоксикації відходів. В процесі збродження відходів, що здійснюється в анаеробному біореакторі 1 утворюються наступні продукти: сірководнева рідка суміш, що використовується для детоксикації пової партії 3 UA 87422 U 5 10 15 відходів у просторі біореактора, тверда фракція зброджених відходів, що є екологічно чистим органо-мінеральним добривом та рідка фракція зброджених відходів, яка використовується як технологічна вода в двох напрямках: для збільшення значень рН сірководневої води та в якості теплоносія, що циркулює в трубчастому теплообміннику 5. Завдяки закачуванню сірководневої рідкої суміші за допомогою насоса-дозатора в анаеробний біореактор 1 через систему зрошування 4 відбувається неперервний контакт сірководневої рідкої суміші з усією масою зброждуваних відходів і відповідно повне осадження іонів ВМ та детоксикація відходів. Крім того, введення у просторі біореактора сірководневої суміші використовується для перемішування відходів, а також відбувається руйнування кірки на поверхні усієї маси відходів, що піддається збродженню, а отже додатково стимулюється процес газовиділення. Таким чином, використання конструкції, що заявляється, дозволяє розширити сферу застосування біореактора за рахунок застосування рециклінгу матеріальних потоків з багаторазовим повторним їх використанням в технологічному циклі зброджування органічних відходів та здійснити високоякісний поділ біогазу з виділенням та відновленням сірководню, який використовується для детоксикації відходів, що містять важкі метали, при цьому отримати екологічно чисте органо-мінеральне добриво. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 45 50 1. Установка анаеробної переробки органічних відходів, що містить споряджений електроприводом та обладнаний мережею трубопроводів анаеробний біореактор, з'єднаний газопроводом з газгольдером, корпус біореактора виконаний у вигляді оснащеного ізоляцією днища та стінок прямокутної траншеї, в нижній частині корпуса розміщено скребковий транспортер, над середньою частиною якого розташований трубчастий теплообмінник, накопичувальну ємність для попереднього змішування відходів та водогрійний котел, який відрізняється тим, що анаеробний біореактор додатково оснащений системою зрошування, яка виконана у вигляді системи трубопроводів на покритті-куполі, яким покритий анаеробний біореактор, з отворами, які розташовані по обидві сторони від трубчастого теплообмінника, а газгольдер являє собою термостат, корпус якого виконаний у формі еластичного резервуара пірамідальної форми, накопичувальна ємність розташована на вході в анаеробний біореактор і з'єднана через насос-дозатор із одною частиною трубопроводу мережі трубопроводів, що обладнаний анаеробний біореактор, для змішування відходів і їх завантаження в анаеробний біореактор і трубчастий теплообмінник, що розміщений над скребковим транспортером в корпусі анаеробного біореактора, сполучений через трубопровід другої частини мережі трубопроводів, що обладнаний анаеробний біореактор, із водогрійним котлом, при цьому установка також додатково оснащена охолоджуючою системою, розміщеною поряд з газгольдером, герметичним резервуаром для змішування розріджених газогідратів з рідкою фракцією зброджених відходів, розташованим на покритті-куполі анаеробного біореактора, площадкою для розділення зброджених відходів на тверду та рідку фракції, виконаною з ізольованим днищем та оснащеною дренажною системою і розміщеною на виході із анаеробного біореактора, вузлами для змішування та для розподілу потоків рідкої фракції, які розміщені поблизу площадки, та водогрійного котла відповідно, при цьому за допомогою трубопроводів верхня частина корпусу газгольдера з'єднана з охолоджуючою системою, а нижня - з герметичним резервуаром, який сполучений із системою зрошування, вузол для змішування потоків рідкої фракції, сполучений через трубопроводи з трубчастим теплообмінником, площадкою, яка з'єднана з накопичувальною ємністю, та вузлом для розподілу потоків рідкої фракції, останній з'єднаний за допомогою трубопроводів відповідно з водогрійним котлом та герметичним резервуаром. 2. Установка анаеробної переробки органічних відходів за п. 1, яка відрізняється тим, що покриття-купол над анаеробним біореактором виконаний із світлонепроникного полімерного матеріалу. 3. Установка анаеробної переробки органічних відходів за п. 1, яка відрізняється тим, що корпус газгольдера виконаний із полімерного матеріалу. 4 UA 87422 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5