СПОСОБ ФЕРМЕНТОЛИЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к технике производства биогаза из продуктов жизнедеятельности животных, птицы, фекально-бытовых сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях агропромкомплексов.

Известен способ ферментолиза, включающий подготовку субстрата, который нагревают до температуры 32-38^oC, диспергируют взвеси до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивают биомассу при перемешивании с газовой и температурной изоляцией от воздействия внешней среды [1]
Известно устройство для осуществления ферментолиза, содержащее корпус с технологическими патрубками с приспособлениями для нагрева и диспергирования взвесей и перемешивания субстрата, выполненный с камерами кислого, регрессии кислого, щелочного и метанового брожения, причем камеры кислого, регрессии кислого, щелочного брожения выполнены с нежесткими перекрытиями камер и корпуса, с образованием газовых емкостей под перекрытием камер и между ним и перекрытием корпуса [2]
Недостатком способа и устройства для его осуществления является низкая эффективность процесса ферментолиза из-за дестабилизации температурного режима в корпусе.

Цель изобретения повышение эффективности ферментолиза.

Цель достигается тем, что в способе биогаз из камер метанового брожения направляют в емкость между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, в которой конденсируют водяные пары биогаза.

В устройстве эта цель достигается тем, что нежесткое перекрытие корпуса, выполненное с возможностью аксиальных перемещений, снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентричных труб, из которых наружная установлена на перемычках между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса, и сообщено с источником потребления биогаза, с возможностью перемещения относительно наружной трубы, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры.

Такое выполнение способа и устройства устраняет дестабилизацию температурного режима в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения при колебаниях суточных и годовых температур наружного воздуха за счет тепла конденсации водяных паров биогаза в емкости между перекрытиями камер и корпуса, при этом образуются газовые слои под перекрытием камер и между перекрытиями камер и корпуса с изменением высоты последнего при изменении количества отбора газа к источнику потребления.

На фиг.1 представлена схема установки для ферментолиза; на фиг.2 - устройство для осуществления способа, продольный разрез; на фиг.3 узел I на фиг. 2; на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.3.

Устройство для осуществления способа ферментолиза содержит корпус 1 с технологическими патрубками 2-5 с приспособлениями 6 для нагрева и 7 - диспергирования взвесей и 8 перемешивания субстрата, выполненный с камерами 9 кислого, 10 регрессии кислого, 11 щелочного и 12-14 метанового брожения, причем камеры 9-11 выполнены с нежесткими перекрытиями 15 и нежестким перекрытием 16 корпуса 1 с образованием газовых емкостей 17 под перекрытием 15 камер 9-11 и 18 между ним и перекрытием 16 корпуса 1. Нежесткое перекрытие 16 корпуса 1 выполнено с возможностью аксиальных перемещений, например, гофра 19, снабжено гидравлическим затвором 20 в виде двух концентрических труб 21 и 22, из которых наружная 21 установлена на перемычках 23 между камерами 9-11, а внутренняя 22 закреплена на перекрытии 16 корпуса, и сообщено с источником 24 потребления биогенеза с возможностью перемещения относительно наружной трубы 21, а перекрытия 15 камер 9-11 снабжены гидравлическими клапанами 25 для сброса конденсата в камеры. Камеры 12-14 метанового брожения сообщены с микрофильтрами 25, а последние по биомассе сообщены с дезинтеграторами 27, а по осветленной бражке с биокультиваторами 28, микрофильтрами 29, дезинтеграторами 30, теплообменником 31 и емкостью 32 для избыточной биомассы.

Пример осуществления способа ферментолиза.

Субстрат концентрацией 2-10 г/л, нагретый до температуры 32-38^oC, по патрубку 2 поступает в камеру 3 кислого брожения корпуса 1, в котором подвергают диспергированию до размеров частиц, соответствующих размеру молочно- и маслянокислых бактерий в деспергаторе 7 с последующим перемешиванием приспособлением 8.

В камере 9 происходит распад жиров, белков и углеводов, причем клетчатка углеводов разлагается
3C₆H₁₀O₅ + 3H₂O _____→ 4CO₂ + 3CH₃COOH + + 4H₂.

В камере 10 регрессии кислого брожения происходит распад этилового спирта и уксусной кислоты, например, для последней
CH₃COOH _____→ CH₄ + CO₂.

Продолжение распада белка
Белки + H₂O
В камере 11 щелочного брожения из комплекса, полученного при распаде белка, образуется двууглекислый аммоний
NH₃ + CO₂ + H₂O _-----L (NH₄)HCO₃
и гидрат окиси аммония
NH₃ + H₂O -----L (NH₄)OH,
причем эти соединения обеспечивают слабощелочную реакцию в камере 11.

Осветленная бражка из камер 9-11 поступает в соответствующие камеры 12-14 метанового брожения, а через патрубки 3 отбирают биогаз из емкостей 17, которые перемещают навстречу друг другу в камерах 12-14, в которых продолжается распад остаточной клетчатки
C₆H₁₀O₅ + H₂O _-----L 3CH₄ + 3CO₂ и восстановление диоксида углерода до метана
CO₂ + 4H₂ -----L CH₄ + 2H₂O, помимо водорода, поступающего из камер 9 и 10, в камерах 12-14 образуется он за счет ферментного разложения воды ферментолиза
2H₂O -----L 2H₂ + O₂,
в результате ферментолиза количество биогаза по массе превышает массу распада органики.

Образующийся при ферментолизе кислород окисляет примеси биогаза, в частности сероводород, что повышает его качество, а органическая сера используется в качестве микроэлемента питания метаногенов
2H₂S + O₂ -----L 2S + 2H₂O.

Бражку со взвешенными в ней микроорганизмами направляют в микрофильтры 26, где отделяют биомассу, которую дезинтегрируют в дезинтеграторе 27 и дезинтеграт направляют на вход в камеры 12-14 для усиления ферментолиза за счет ферментов дезинтеграта, а избыточную часть используют в кормовых целях. Образующийся биогаз из камеры 12 поступает в емкость 18, в которой происходит конденсация водяных паров, конденсат заполняет гидравлический затвор 29 для последующего отбора к источнику 24 потребления биогаза, причем перекрытие 16 выполнено с возможностью аксиальных перемещений относительно перекрытия 15 за счет гофра 19 и возможности перемещения внутренней трубы 22 относительно наружной 21. Избыток конденсата из емкости 18 отводят через гидравлический клапан 25 в соответствующие камеры 9-11.

Осветленная бражка из микрофильтров 26 поступает в биокультиваторы 28, на биогенных элементах питания которой происходит выращивание биомассы аэробов. Биомассу отделяют в микрофильтрах 29, часть биомассы дизинтегрируют в дезинтеграторе 29 и возвращают на вход в биокультиватор 28 в качестве биостимуляторов, а избыточную часть нагревают в теплообменнике 31 до температуры 90-95^oC, направляют в емкость 32 и используют в качестве белково-витаминной добавки (БВД) в корм животным и птице.

Такое выполнение способа позволяет увеличивать степень распада органики с 5-50% до 90-95% повышается содержание метана в биогазе с 65-70% до 95-98% выход биогаза возрастает с 0,6-0,8 кг с 1 кг органики до 1,3-1,5 кг, сокращается время сбраживания с 10-60 сут до 0,5-1,2 сут с одновременным повышением качества биогаза за счет освобождения его от вредных примесей. Снижается до минимума расход биогаза на внутренние нужды установки, т.е. на стабилизацию температурного режима брожения.

Использование: касается производства биогаза из продуктов жизнедеятельности животных. Сущность изобретения: способ включает подготовку субстрата путем нагревания, диспергирования взвесей субстрата до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивание на полученном субстрате биомассы бактерий при газовой и температурной изоляции от воздействия внешней среды при перемешивании в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения с образованием биогаза и бражки, с подачей полученного биогаза и осветленной бражки в камеры метанового брожения, с последующим направлением биогаза из камер метанового брожения в емкость, расположенную между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, с конденсацией в емкости водяных паров биогаза. Устройство содержит приспособления для нагрева и корпус с технологическими патрубками, выполненный с нежестким перекрытием и камерами кислого, регрессии кислого, щелочного брожения с перемычками между ними и с нежесткими перекрытиями, с образованием газовых емкостей под перекрытиями камер и между перекрытиями камер и корпуса, причем нежесткое перекрытие корпуса выполнено с возможностью аксиальных перемещений и снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентрично расположенных труб, из которых наружная установлена на перемычке между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса с возможностью перемещения относительно наружной трубы и сообщена с источником потребления биогаза, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры, устройство снабжено приспособлениями для диспергирования взвесей перерабатываемого субстрата, перемешивания и источником потребления биогаза. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ ферментолиза, включающий подготовку субстрата путем нагревания, диспергирования взвесей субстрата до размеров частиц, сопоставимых с размерами бактерий, выращивание на полученном субстрате биомассы бактерий при газовой и температурной изоляции от воздействия внешней среды с образованием биогаза и бражки, отличающийся тем, что выращивание биомассы бактерий ведут при перемешивании в камерах кислого, регрессии кислого и щелочного брожения, с подачей полученного биогаза и отсветленной бражки в камеры метанового брожения, с последующим направлением биогаза из камер метанового брожения в емкость, расположенную между перекрытиями камер кислого, регрессии кислого, щелочного брожения и перекрытием корпуса, с конденсацией в емкости водяных паров биогаза. 2. Устройство для ферментолиза, содержащее корпус с технологическими патрубками и приспособления для нагрева, отличающееся тем, что устройство снабжено приспособлениями для диспергирования взвесей перерабатываемого субстрата, перемешивания и источником потребления биогаза, корпус выполнен с нежестким перекрытием и камерами кислого, регрессии кислого, щелочного брожения с перемычками между ними и с нежесткими перекрытиями, с образованием газовых емкостей под перекрытиями камер и между перекрытиями камер и корпуса, причем нежесткое перекрытие корпуса выполнено с воз- можностью аксиальных перемещений и снабжено гидравлическим затвором в виде двух концентрично расположенных труб, из которых наружная установлена на перемычке между камерами, а внутренняя закреплена на перекрытии корпуса с возможностью перемещения относительно наружной трубы и сообщена с источником потребления биогаза, а перекрытия камер снабжены гидравлическими клапанами для сброса конденсата в камеры.