УСТАНОВКА ДЛЯ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ Российский патент 2023 года по МПК C02F3/28 C02F11/04 

Изобретение относится к устройствам для анаэробной переработки животноводческих стоков и может быть использовано при очистке стоков с органическими веществами промышленных предприятий и коммунального хозяйства.

Известна установка для анаэробного сбраживания (Патент РФ №2678673, C02F 3/22, 30.01.2019) [1]. Она состоит из метантенка, патрубков для подачи животноводческих стоков и отвода сбраживаемого субстрата, насоса для подачи животноводческих стоков, иммобилизированного носителя анаэробной биомассы, патрубка для отвода биогаза, газгольдера, отводного патрубка подачи биогаза потребителю, перфорированной трубы, гидравлического затвора, триггера и насоса, подающего биогаз из газгольдера в перфорированную трубу.

Недостатком этой установки является то, что при перемешивании требуется дополнительная энергия на привод компрессора. Кроме того, в данной установке перемешивание за счет барботажа биогазом производится один раз за цикл.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка по метановому сбраживанию (Таханов М.П. и др. «Установка по метановому сбраживанию», Актуальные вопросы инженерно-технического и технологического обеспечения АПК. Материалы VIII Национальной научно-практической конференции с международным участием «Чтения И.П. Терских», посвященной 85-летию иркутского ГАУ. 2019, издательство: Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского (Молодежный), с. 82-86.) [2], которая содержит буферную емкость, насос для подачи животноводческих стоков, емкость метантенка, патрубок для отвода биогаза, патрубок для отвода отработанного субстрата, иммобилизатор, перфорированную трубу, патрубок для отвода биогаза и четыре клапана, первый из них - для подачи газа из метантенка в буферную емкость, второй - для подачи газа из метантенка в газгольдер, третий - расположен на линии отвода отработанного субстрата и служит для опорожнения емкости метантенка, четверты - расположен на патрубке отвода биогаза из буферной емкости и служит для подачи биогаза в перфорированную трубу.

Недостатком указанной установки является то, что управление исполнительными механизмами (клапанами) и контроль над технологическим процессом осуществляется оператором.

Задачей изобретения является создание установки для анаэробной переработки животноводческих стоков с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Сущность изобретения заключается в следующем. Установка для анаэробной переработки животноводческих стоков дополнительно содержит систему автоматического управления, которая включает в себя вентиль слива отработанного субстрата, три клапана подачи газов, первый из них - в буферную емкость, второй - в перфорированную трубу и третий - в газгольдер, а также датчики давления, один из которых установлен в буферной емкости, другой - в метантенке. В дополнение к этому, она содержит два датчика уровня, установленных в метантенке, один из которых соответствует нижнему уровню субстрата в нем, а другой - верхнему. Названные датчики, клапаны и вентиль скоммутированы с контроллером. В совокупности это позволяет создать установку для анаэробной переработки животноводческих стоков с улучшенными эксплуатационными свойствами. Она имеет автоматизированную конструкцию, что упрощает работу оператора, так как за счет внедрения системы автоматического управления осуществляется контроль над технологическим процессом анаэробного сбраживания и оперативное его регулирование.

На фиг. изображена установка для анаэробной переработки животноводческих стоков в виде принципиальной схемы.

Установка состоит из буферной емкости 1, датчика 2 давления в буферной емкости 1, насоса 3 для подачи животноводческих стоков, метантенка 4, клапана 5 подачи газа в буферную емкость 1, газгольдера 9, клапана 6 подачи газа в газгольдер 9, датчика 7 давления в полости метантенка 4, датчика 8 верхнего уровня, контроллера 10, датчика 11 нижнего уровня, вентиля 12 слива отработанного субстрата, перфорированной трубы 14, клапана 13 подачи газа в перфорированную трубу 14, иммобилизатора 15. Основным конструктивным элементом установки является метантенк 4, который представляет собой горизонтальную теплоизолированную емкость, внутри которой расположены иммобилизатор 16, а также перфорированная труба 14. Буферная емкость 1 служит для увеличения газового объема метантенка 4 и соединена с ним на входе, а на выходе она соединена с перфорированной трубой 14. Из системы биогаз отводится в газгольдер 9. Отработанный субстрат из системы сливается через вентиль 12 слива отработанного субстрата.

Принцип работы установки заключается в следующем. Установка для анаэробной переработки животноводческих стоков работает в циклическом режиме - заполнение и опорожнение. Работа, выведенной на технологический режим, установки начинается с цикла заполнения. Клапан 5 подачи газа в буферную емкость 1 открыт. Клапан 6 подачи газа в газгольдер 9 и клапан 13 подачи газа из буферной емкости 1 в перфорированную трубу 14 закрыты. Животноводческие стоки с постоянной подачей, которую обеспечивает насос 3, поступают в метантенк 4, заполняя его рабочее пространства и увеличивая свободную поверхность колебания. В рабочем объеме метантенка 4 происходит сбраживание животноводческих стоков с выделением биогаза, который накапливается в газовом объеме метантенка 4 и буферной емкости 1, давление в системе возрастает.

При достижении заданного давления в системе, клапан 5 подачи газа в буферную емкость 1 закрывается, а клапан 6 подачи газа в газгольдер 9 открывается. При этом происходит резкое понижение давления в метантенке 4 за счет отвода биогаза в газгольдер 9. В результате осуществляется первичное перемешивание субстрата. Затем открывается клапан 13 подачи газа из буферной емкости 1 в перфорированную трубу 14. Из-за разности давлений в газовом объеме метантенка 4 и буферной емкости 1 осуществляется интенсивный выход биогаза в нижнюю часть метантенка 4 через перфорированную трубу 14: производится процесс барботажного перемешивания, что обеспечивает повышение выхода биогаза и разрушение образующегося ила на дне метантенка 4. Когда уровень колебания свободной поверхности достигает верхней отметки в метантенке 4, производится барботажное перемешивание субстрата биогазом. После этого открывается сливной вентиль 12 и начинается опорожнение. Открытие вентиля 12 на слив приводит к понижению уровня свободной поверхности сбраживаемого субстрата и снижению давления в газовом объеме метантенка 4. При достижении нижнего уровня колебания свободной поверхности сбраживаемого субстрата происходит закрытие вентиля 12 на слив, что соответствует окончанию процесса опорожнения метантенка 4.

Управление технологическим процессом и контроль за ним осуществляется контроллером 10, который принимает сигналы от датчиков (температуры 15, давления 2 и 7, уровня субстрата 8 и 11) и передает управляющие сигналы на исполнительные механизмы - клапаны 5, 6, 13 и вентиль 12.

Таким образом, предложена установка для анаэробной переработки животноводческих стоков с улучшенными эксплуатационными свойствами. Она имеет автоматизированную конструкцию, что упрощает работу оператора, так как за счет внедрения системы автоматического управления осуществляется контроль над технологическим процессом анаэробного сбраживания, и оперативное его регулирование. Кроме того, наличие буферной емкости 1 позволяет осуществить процесс перемешивания субстрата за счет выделяемого в процессе сбраживания биогаза, что в свою очередь позволяет экономить энергию.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ:

1. Патент РФ №2678673, C02F 3/22, 30.01.2019 - прототип.

2. Таханов М.П. и др. «Установка по метановому сбраживанию», Актуальные вопросы инженерно-технического и технологического обеспечения АПК. Материалы VIII Национальной научно-практической конференции с международным участием «Чтения И.П. Терских», посвященной 85-летию иркутского ГАУ. 2019, издательство: Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского (Молодежный), с. 82-86.

Изобретение относится к устройствам для анаэробной переработки животноводческих стоков и может быть использовано при очистке стоков коммунальных хозяйств. Установка содержит буферную емкость, насос для подачи животноводческих стоков, емкость метантенка со сливным вентилем, иммобилизированный носитель анаэробной биомассы, газгольдер и перфорированную трубу. Буферная емкость на входе скоммутирована с линией выхода биогаза из метантенка через клапан подачи газа в буферную емкость, а на выходе с перфорированной трубой через клапан подачи газа в названую трубу. Установка содержит систему автоматического управления. Последняя включает в себя вентиль слива субстрата, три клапана подачи газов, датчики давления, два датчика уровня. Первый клапан подает газ в буферную емкость, второй - в перфорированную трубу и третий - в газгольдер. Один из датчиков давления установлен в буферной емкости, другой - в метантенке. Датчики уровня установлены в метантенке. Один из них соответствует нижнему уровню субстрата, а другой – верхнему. Названные датчики, клапаны и вентиль скоммутированы с контроллером. Технический результат: упрощение работы оператора за счет автоматизированной конструкции, экономия энергии. 1 ил.

Установка для анаэробной переработки животноводческих стоков, содержащая буферную емкость, которая на входе скоммутирована с линией выхода биогаза из метантенка через клапан подачи газа в буферную емкость, а на выходе с перфорированной трубой через клапан подачи газа в названую трубу, насос для подачи животноводческих стоков, емкость метантенка со сливным вентилем, иммобилизированный носитель анаэробной биомассы, газгольдер и перфорированную трубу, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит систему автоматического управления, которая включает в себя вентиль слива субстрата, три клапана подачи газов, первый из них - в буферную емкость, второй - в перфорированную трубу и третий - в газгольдер, а также датчики давления, один из которых установлен в буферной емкости, другой - в метантенке и, кроме того, два датчика уровня, установленные в метантенке, один из которых соответствует нижнему уровню субстрата в нем, а другой - верхнему, названные датчики, клапаны и вентиль скоммутированы с контроллером.