RU220962U1 - BIOREACTOR WITH AN ACTIVE SYSTEM FOR MOVEMENT OF FERMENTABLE MASS - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована в птицеводстве и животноводстве, в частности к устройствам для получения биогаза из помета или навозной массы. Биогазовая установка содержит узел подготовки сырья для измельчения, увлажнения и нормализации кислотности исходного сырья. Подготовленное сырье подается в биореактор, оснащенный устройствами подогревания и перемешивания перерабатываемого субстрата. Биогаз, получаемый в реакторе, проходит через систему подготовки газа к теплогенерации и блок теплогенерации. Дигестат, образующийся в результате анаэробного сбраживания, откачивается насосной установкой. Осадок, скапливающийся в нижней части реактора, направляется в обезвоживатель. Отличительная особенность биореактора - наличие трубопровода откачивания дигестата; сифонных трубопроводов; нагнетающих патрубков биогаза для пневматического взмучивания; системы фланцев отвода осадка; цилиндрической стенки, разделяющей секции психрофильного и мезофильного брожения с отверстиями в верхней части. Конструкция биореактора с активной системой перемещения сбраживаемой массы способствует предотвращению заиливания периферийной зоны реактора, что повышает эффективность работы оборудования. The utility model relates to agriculture and can be used in poultry and livestock farming, in particular for devices for producing biogas from litter or manure mass. The biogas plant contains a raw material preparation unit for grinding, moistening and normalizing the acidity of the feedstock. The prepared raw materials are fed into a bioreactor equipped with devices for heating and mixing the processed substrate. The biogas produced in the reactor passes through a gas preparation system for heat generation and a heat generation unit. The digestate formed as a result of anaerobic digestion is pumped out by a pumping unit. The sludge that accumulates at the bottom of the reactor is sent to the dehydrator. A distinctive feature of the bioreactor is the presence of a digestate pumping pipeline; siphon pipelines; biogas injection pipes for pneumatic agitation; sediment drainage flange systems; a cylindrical wall separating the psychrophilic and mesophilic fermentation sections with holes in the upper part. The design of the bioreactor with an active system for moving the fermented mass helps prevent siltation of the peripheral zone of the reactor, which increases the efficiency of the equipment.

Description

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована при утилизации отходов животноводческих хозяйств и птицефабрик, а также для получения биогаза. В предлагаемом устройстве поступающие на утилизацию отходы животноводства и птицеводства последовательно проходят психрофильную, мезофильную и термофильную зоны обработки. Перемещение обрабатываемого продукта между мезофильной и термофильной зонами осуществляется с использованием сифонного трубопровода и применением пневматического перемешивания, что способствует предотвращению заиливания периферийной зоны установки.The utility model relates to agriculture and can be used for recycling waste from livestock farms and poultry farms, as well as for producing biogas. In the proposed device, livestock and poultry waste coming for disposal sequentially passes through psychrophilic, mesophilic and thermophilic processing zones. The movement of the processed product between the mesophilic and thermophilic zones is carried out using a siphon pipeline and the use of pneumatic mixing, which helps prevent siltation of the peripheral zone of the installation.

Известна биогазовая установка [1], включающая биореактор, содержащий три концентрично расположенные цилиндрические секции, наружную – для проведения мезофильной стадии анаэробного сбраживания, среднюю – для промежуточной стадии сбраживания, центральную – для термофильной стадии анаэробного сбраживания, а также трубопровод подачи исходной биомассы в наружную секцию, трубопровод для отвода полученного удобрения из нижней части центральной секции, систему отбора биогаза из секций. Наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная – в верхней. Центральная часть снабжена теплообменником для нагревания сбраживаемой массы, а наружная секция – перемешивающим устройством в виде крыльчатки.A known biogas plant [1], including a bioreactor containing three concentrically located cylindrical sections, the outer one for the mesophilic stage of anaerobic digestion, the middle one for the intermediate stage of fermentation, the central one for the thermophilic stage of anaerobic digestion, as well as a pipeline for supplying the initial biomass to the outer section , a pipeline for removing the resulting fertilizer from the lower part of the central section, a system for selecting biogas from the sections. The outer and middle sections communicate at the bottom, and the middle and central sections at the top. The central part is equipped with a heat exchanger for heating the fermented mass, and the outer section is equipped with a mixing device in the form of an impeller.

Недостатком установки является неравномерность разогрева биомассы по всему объему биореактора и заиливание периферийной зоны установки.The disadvantage of the installation is the uneven heating of the biomass throughout the entire volume of the bioreactor and silting of the peripheral zone of the installation.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является биогазовая установка для анаэробного сбраживания органических отходов с получением органического удобрения и биогаза [2], содержащая не менее трех концентрично расположенных камер сбраживания: биореактор, работающий в термофильном режиме, соединенный, по принципу сообщающихся сосудов с реактором мезофильного и психрофильного режимов, соединенных по линии отбора биогаза с газгольдером, подводящими и отводящими трубопроводами, элементами регулирования и поддержания температуры, и кислотности в камерах брожения. Наружный и центральный реакторы содержат лопастные перемешивающие устройства.The closest in technical essence to the proposed one is a biogas plant for anaerobic digestion of organic waste to produce organic fertilizer and biogas [2], containing at least three concentrically located fermentation chambers: a bioreactor operating in a thermophilic mode, connected, according to the principle of communicating vessels, with a mesophilic reactor and psychrophilic modes, connected via a biogas selection line to a gas holder, inlet and outlet pipelines, elements for regulating and maintaining temperature and acidity in the fermentation chambers. The outer and central reactors contain paddle mixing devices.

Недостатком установки является отсутствие перемешивания субстрата в секции мезофильного брожения и заиливание установки в связи с тем, что, проблема отведения осадкаиз периферийных секций остается открытой. Для решения данной проблемы следует использовать систему сифонных трубопроводов, перекачивающих биомассу в центральную секцию реактора из нижней части периферийных секций. Обеспечение эффективной работы системы сифонов обеспечивается предварительным взмучиванием осадка путем барботирования ранее полученным биогазом, при этом происходит перемешивание субстрата в секции мезофильного брожения. При взмучивании мелкие частицы находятся в субстрате во взвешенном состоянии, а крупные оседают на дно. Отвод осаждающихся крупных частиц осуществляется через систему фланцев расположенных в нижней части секции мезофильного брожения.The disadvantage of the installation is the lack of mixing of the substrate in the mesophilic fermentation section and silting of the installation due to the fact that the problem of removing sediment from the peripheral sections remains open. To solve this problem, a system of siphon pipelines should be used, pumping biomass into the central section of the reactor from the lower part of the peripheral sections. Ensuring the effective operation of the siphon system is ensured by preliminary agitation of the sediment by bubbling with previously obtained biogas, while the substrate is mixed in the mesophilic fermentation section. When agitated, small particles are suspended in the substrate, and large particles settle to the bottom. The removal of precipitated large particles is carried out through a system of flanges located in the lower part of the mesophilic fermentation section.

Целью настоящей полезной модели является совершенствование многосекционной биогазовой установки исключающей заиливание периферийных секцийза счет применения предлагаемого технического решения.The purpose of this utility model is to improve a multi-section biogas plant that eliminates siltation of peripheral sections through the use of the proposed technical solution.

Сущность предлагаемой установки поясняется фиг.1. The essence of the proposed installation is illustrated in Fig.1.

Биогазовая установка содержит узел подготовки сырья 1, в состав которого входит транспортер для подачи отходов животноводства и ёмкость для измельчения, увлажнения и нормализации кислотности исходного сырья. Подготовленное к анаэробному сбраживанию сырье насосной установкой подается в биореактор 2, оснащенный устройствами подогревания и перемешивания перерабатываемого субстрата. Биогаз получаемый в реакторе проходит через систему подготовки газа к теплогенерации 3, где производится его очистка от взвешенных частиц и сероводорода под повышенным давлением распределяется в биореактор 2 и блок теплогенерации 4. Дигестат, образующийся в результате анаэробного сбраживания биоразлагаемого сырья, откачивается из биореактора насосной установкой. Осадок, скапливающийся в нижней части реактора, направляется в обезвоживатель 5, в результате происходит осветление дигестата путем отделения твердой фракции. Схематически биореактор представлен на фиг. 2. Он состоит из секций психрофильного 6, мезофильного 8 и термофильного 9 брожения; трубопровода для откачивания дигестата 10; сифонных трубопроводов 11; патрубков для подачи исходного сырья 7, отвода биогаза 12, подачи биогаза 15 и отвода осадка 16; перемешивающих устройств 14. Цилиндрическая стенка, разделяющая секции психрофильного 6 и мезофильного 8 брожения, в верхней части имеет отверстия 13 для перемещения биогаза между секциями.The biogas plant contains a raw material preparation unit 1, which includes a conveyor for feeding animal waste and a container for grinding, moistening and normalizing the acidity of the raw material. The raw material prepared for anaerobic digestion is supplied by a pumping unit to bioreactor 2, equipped with devices for heating and mixing the processed substrate. The biogas produced in the reactor passes through the gas preparation system for heat generation 3, where it is purified from suspended particles and hydrogen sulfide under high pressure is distributed into the bioreactor 2 and heat generation unit 4. The digestate formed as a result of anaerobic fermentation of biodegradable raw materials is pumped out of the bioreactor by a pumping unit. The sediment accumulating in the lower part of the reactor is sent to the dehydrator 5, as a result of which the digestate is clarified by separating the solid fraction. The bioreactor is shown schematically in Fig. 2. It consists of psychrophilic 6, mesophilic 8 and thermophilic 9 fermentation sections; pipeline for pumping out digestate 10; siphon pipelines 11; pipes for supplying raw materials 7, biogas removal 12, biogas supply 15 and sludge removal 16; mixing devices 14. The cylindrical wall separating the psychrophilic 6 and mesophilic 8 fermentation sections has holes 13 in the upper part for moving biogas between sections.

Заполнение биореактора проводится в соответствии со схемой приведенной на фиг. 3. Подготовленная для сбраживания масса поступает секцию психрофильного сбраживания, затем биомасса по принципу сообщающихся сосудов перемещается в секцию мезофильного сбраживания, заполнение секции термофильного брожения осуществляется с использованием сифонного трубопровода. При сбраживании биомассы тепловая энергия распределяется в реакторе от секции термофильного сбраживания с диапазоном температур 40…55°С, в секцию мезофильного сбраживания с диапазоном температур 25…40°С, а затем в секцию психрофильного сбраживания с диапазоном температур 8…25°С. Перемешивание в секции психрофильного сбраживания осуществляется при помощи мешалок частотой 1 раз в сутки час с продолжительностью 10 мин., и частотой вращения мешалок 24…33 мин^-1, а в секции мезофильного сбраживания перемешивание осуществляется с частотой 1 раз в 2 ч, методом барботирование биогазом (фиг. 4). Откачивание дигестата из биореактора осуществляется по центральному трубопроводу (фиг. 5), при снижении уровня субстрата в секции термофильного сбраживания в верхней части сифонного трубопровода снижается давление, в результате происходит перемещение субстрата из зоны мезофильного сбраживания в зону термофильного сбраживания. Для предотвращения забивания сифонного трубопровода осадком проводят его взмучивание путем предварительного барботирования. Однако при взмучивании крупные частицы плохо откачиваются сифонным трубопроводом и оседают на дно реактора, и периодически удаляются осадка из реактора патрубки для отвода осадка (фиг. 6).Filling the bioreactor is carried out in accordance with the diagram shown in Fig. 3. The mass prepared for fermentation enters the psychrophilic fermentation section, then the biomass, according to the principle of communicating vessels, moves to the mesophilic fermentation section, the thermophilic fermentation section is filled using a siphon pipeline. When fermenting biomass, thermal energy is distributed in the reactor from the thermophilic fermentation section with a temperature range of 40...55°C, into the mesophilic fermentation section with a temperature range of 25...40°C, and then into the psychrophilic fermentation section with a temperature range of 8...25°C. Mixing in the psychrophilic fermentation section is carried out using mixers with a frequency of 1 time per day for an hour with a duration of 10 minutes, and a rotation speed of the mixers of 24...33 min ^-1 , and in the mesophilic fermentation section mixing is carried out with a frequency of 1 time in 2 hours, using the biogas bubbling method (Fig. 4). The digestate is pumped out of the bioreactor through a central pipeline (Fig. 5); when the substrate level in the thermophilic fermentation section in the upper part of the siphon pipeline decreases, the pressure decreases, resulting in the substrate moving from the mesophilic fermentation zone to the thermophilic fermentation zone. To prevent clogging of the siphon pipeline with sediment, it is agitated by preliminary bubbling. However, when agitated, large particles are poorly pumped out by a siphon pipeline and settle to the bottom of the reactor, and sediment is periodically removed from the reactor through pipes for removing sediment (Fig. 6).

Новой отличительной особенностью устройства, при работе которого реализуется указанная выше цель, является использование системы сифонных трубопроводов, перекачивающих взмученную методом барботирования биомассу в центральную секцию реактора из нижней части периферийных секций, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение обладает новизной и существенными отличиями.A new distinctive feature of the device, the operation of which realizes the above goal, is the use of a system of siphon pipelines pumping biomass stirred by bubbling method into the central section of the reactor from the lower part of the peripheral sections, which allows us to conclude that the proposed technical solution is novel and has significant differences .

ЛитератураLiterature

1. Патент 2404240 Российская Федерация, МПК C12М1/107. Биогазовая установка: № 2404240/10; заявлено 02.03.2009; опубл. 20.11.2010 /С.В. Свалова, ФМ. Бурлакова, В.В. Касаткин, С. П. Игнатьев, И. В. Решетникова, М.В, Кошкин, В.С. Вохмин.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. - 12 с.: ил.1. Patent 2404240 Russian Federation, IPC C12M1/107. Biogas plant: No. 2404240/10; declared 03/02/2009; publ. 20.11.2010 /S.V. Svalova, FM. Burlakova, V.V. Kasatkin, S.P. Ignatiev, I.V. Reshetnikova, M.V. Koshkin, V.S. Vokhmin.; applicant and patent holder FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy. - 12 p.: ill.

2. Патент 147889 Российская Федерация, МПК C12M1/00. Биогазовая установка с равномерным распределением СВЧ энергии: №147889; заявл. 11.04.2014; опубл. 20.11.2014 / Решетникова И.В., Батанов С.Д., Поспелова И.Г., Прокопьев А.В., Возмищев И.В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. - 5 с. .: ил.2. Patent 147889 Russian Federation, IPC C12M1/00. Biogas plant with uniform distribution of microwave energy: No. 147889; application 04/11/2014; publ. 11.20.2014 / Reshetnikova I.V., Batanov S.D., Pospelova I.G., Prokopyev A.V., Vozmishchev I.V.; applicant and patent holder FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy. - 5 s. .: ill.

Claims (1)

Биореактор, содержащий концентрично расположенные цилиндрические секции психрофильного, мезофильного и термофильного брожения, устройства подогревания и перемешивания перерабатываемого субстрата, отличающийся тем, что дополнительно содержит сифонный трубопровод, трубопровод для откачивания дигестата, патрубки для подачи исходного сырья, отвода биогаза, подачи биогаза и отвода осадка, систему фланцев, при этом цилиндрическая стенка, разделяющая секции психрофильного и мезофильного брожения, в верхней части имеет отверстия для перемещения биогаза между секциями. A bioreactor containing concentrically located cylindrical sections of psychrophilic, mesophilic and thermophilic fermentation, devices for heating and mixing the processed substrate, characterized in that it additionally contains a siphon pipeline, a pipeline for pumping out digestate, pipes for supplying feedstock, biogas removal, biogas supply and sludge removal, a flange system, while the cylindrical wall separating the psychrophilic and mesophilic fermentation sections has holes in the upper part for moving biogas between sections.