RU2518307C1 - Анаэробный реактор - Google Patents
Анаэробный реактор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518307C1 RU2518307C1 RU2013106985/10A RU2013106985A RU2518307C1 RU 2518307 C1 RU2518307 C1 RU 2518307C1 RU 2013106985/10 A RU2013106985/10 A RU 2013106985/10A RU 2013106985 A RU2013106985 A RU 2013106985A RU 2518307 C1 RU2518307 C1 RU 2518307C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- column
- biogas
- outlet
- enrichment
- housing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к биоэнергетике. Анаэробный реактор содержит корпус с камерами гидролизного и метанового брожения, устройства загрузки и перемешивания субстрата в камерах, гидравлический затвор и колонну для обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой. Корпус и колонна соединены двумя патрубками, один из которых соединен между выходом субстрата из корпуса реактора и верхней частью колонны. Другой подключен между выходом биогаза из корпуса реактора и нижней частью колонны. В реакторе установлен диафрагменный электролизер. Выход с газом водородом подключен к нижней части колонны обогащения. Выход с аналитом - к входу корпуса в гидролизную камеру. Выход электролизера с католитом соединен с камерами метанового брожения. К выходу сборника биогаза в колонне подключен гидравлический затвор. В качестве засыпки в секциях колонны обогащения газа использован волокнистый графитовый материал с большой развитой поверхностью, между гидравлическим затвором на выходе биогаза из колонны обогащения и патрубком в нижней части колонны установлен насос для повторной продувки через нее биогаза. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и качества вырабатываемого биогаза и удобство эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к биоэнергетике и может быть использовано в составе метантенков разных конструкций для увеличения их производительности.
Известны устройства аналогичного назначения, например аппараты метанового брожения финских фирм «Энбом» и «Мабби», шведской фирмы «Соригона», установки ФУ-30, ФУК-20, разработанные в Латвии В. Дубровским, У. Виестур [1] и др.
Данные устройства содержат корпус метантенка, разделенный на секции, систему подачи сырья, систему удаления сброженного остатка, нагреватели биомассы, систему перемешивания осадка в секциях и систему отвода газа.
Общим недостатком перечисленных устройств является наличие продуктов недоброда в остатке и значительное содержание (до 45%) окиси и двуокиси углерода в биогазе на выходе метантенков. В аппаратах, представленных [1] на рис. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 (см. стр.18…20) не предусматривается дополнительных узлов для улучшения параметров сброженного осадка и биогаза.
В любых биогазовых установках требуется обеспечить равномерность подачи субстрата, так как продукты обмена веществ каждой группы бактерий являются питательным веществом для последующей группы бактерий, причем они работают (выделяют газ) с различной скоростью [2].
Равномерность передачи субстрата в заданных объемах из одной секции в другую для создания условий оптимального выхода биогаза сложно обеспечить, в том числе из-за разнообразия состава биосырья на входе метантенков.
В связи с изложенным в перечисленных выше установках, а также в других метантенках [3, 4, 5, б], например «Метантенк» по авторскому свидетельству №1353753, «Метановый биокультиватор» по патенту №2093567, «Комплекс по переработке и обезвреживанию отходов» по патенту №2162380, «Способ анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления» по патенту №2315721 и др., не предусматривается дополнительных условий обогащения вырабатываемого биогаза, а также - для улучшения параметров сброженного осадка.
Известен также патент РФ №2099414 «Бытовой метантенк» [7], в котором предусматривается установка на его выходе колонны обогащения выходного сырья.
Метантенк содержит секционированный корпус, метановая секция которого соединена со входом колонны обогащения, выполненной в виде вертикального корпуса, разделенного горизонтальными перфорированными перегородками.
Жидкая составляющая послеброжевого остатка подается в колонну обогащения сверху, а биогаз - снизу. На горизонтальных перегородках размещена зернистая иммобилизирующая засыпка (перлит или керамзит).
В этом метантенке частично решена задача улучшения параметров сброженного осадка и обогащения биогаза.
К недостаткам его следует отнести:
- несущественное улучшение выходных параметров осадка и биогаза, так как используется только внутренние жидкая и газовая составляющие метантенка при их перемешивании в колонне, а процентные доли несброженного осадка и газа не определены и могут изменяться от состава исходного сырья;
- пористая иммобилизационная засыпка (перлит, керамзит и т.д.) засоряется и требует замены.
Наиболее близким по сути техническим решением (прототипом) является «Аккумулирующий метантенк» [8] по патенту №2107043, являющийся дальнейшим развитием предыдущего патента того же автора.
Прототип содержит корпус, разделенный перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения с окнами и газовыми полостями, перемешивающие устройства в каждой камере, причем на выходе камеры метанового брожения подключена колонна для обогащения биогаза. Колонна разделена перфорированными горизонтальными перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой. Из камеры метанового брожения в камеру сверху вниз подается жидкая составляющая сброженного осадка, а снизу вверх - биогаз, при этом патрубок для отвода биогаза потребителю присоединен к верхней части колонны и дополнительно введен гидрозатвор для подачи биогаза в нижнюю часть колонны.
К недостаткам прототипа, так же как и по предыдущему патенту №2099414, является несущественное улучшение выходных параметров сброженного осадка и биогаза. Это объясняется невозможностью управлять в колонне соотношением «несброженная часть осадка - биогаз», пропускаемых встречно через иммобилизирующую засыпку с метановыми бактериями.
Также недостатком является то, что засыпка требует периодической замены.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:
- увеличение эффективности «Анаэробного реактора» за счет использования диафрагменного электрохимического электролизера, водород которого дополнительно подается совместно с выработанным биогазом в нижнюю часть колонны, анолит (кислая вода) - в гидролизную камеру, католит (щелочная вода) - в камеры нейтрального и метанового брожения;
- увеличение эффективности «Анаэробного реактора» за счет использования в качестве иммобилизирующей поверхности для метановых бактерий графитового войлока, имеющего чрезвычайно развитую поверхность.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая описываемый «Анаэробный реактор», нами не обнаружена.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новое».
На основании сравнительного анализа предложенного решения с известным уровнем техники можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых ими функций и достигаемой задачи предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предложенное техническое решение может найти применение в любых метантенках для расширения их функциональных возможностей при сбраживании биомассы с различными свойствами.
На чертеже в разрезе изображена конструкция «Анаэробного реактора». Реактор содержит термостатированный корпус 1, загрузочное устройство 2, камеры 3 брожения, перемешивающее субстрат устройство 4, колонну 5 обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник 6 биогаза и секции 7, заполненные засыпкой, патрубок 8, подключенный между выходом субстрата из корпуса и верхней частью колонны, патрубок 8, подключенный между верхней газовой частью корпуса и нижней частью колонны.
В реактор введен электрохимический электролизер 10, содержащий емкость 11 с пористой диафрагмой и электроды 12, 13, подключенные соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника 14 питания. Вода на входы электролизера поступает от магистральной трубы 15 через вентиль 16. Водород в газовой форме (H2) с выхода 17 поступает через патрубок 18 в нижнюю часть колонны. Кислая вода (анолит) с выхода 19 через вентиль 20 и патрубок 21 поступает на вход корпуса в гидролизную камеру кислого брожения, а излишки этой воды сливаются через вентиль 22.
Щелочная вода (католит) с выхода 23 через вентиль 24 и патрубки 25, 26 подается в другие камеры метанового брожения, а излишки этой воды сливаются через патрубок 27.
Биогаз из сборника колонны через штуцер 28 и гидравлический затвор 29 подается потребителю. Для достижения большей степени обогащения биогаза часть его может быть повторно подана насосом 30 через патрубок 31 в нижнюю часть колонны. Сброженный субстрат удаляется из нижней части колонны с помощью разгрузочного устройства 32.
Для упрощения чертежа датчики pH, температуры, уровня субстрата и газовый анализатор состава выходного биогаза не показаны.
«Анаэробный реактор» работает следующим образом.
При очередной порционной загрузке в устройство 2 подготовленного сырья происходит перелив сброженного субстрата через патрубок 8 в верхнюю часть колонны 5 и перемещение его вниз через секции 7, заполненные засыпкой. Одновременно снизу через патрубок 9 поступает биогаз, а через патрубок 18 водород (H2).
В сброженном субстрате всегда содержится часть недоброда - не полностью сброженного сырья, а в биогазе до 45% двуокиси углерода [2], которая обычно отделяется от метана уже после метантенков и используется для получения из нее «сухого» льда или сжатого газа в баллонах.
В книге Сассона А. Биотехнология: свершения и надежды [9] на стр.275 указывается: «… помимо различных органических субстратов (таких, как уксусная кислота) донором электронов для метанобактерий служит водород, который продуцируется несколькими типами анаэробных бактерий…». И далее:
«… при соединении с двуокисью углерода образуется метан…»
3CO2+12H2 →3CH4+6H2O (стр.276).
У авторов Янко В.Г., Янко Ю.Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках [10] на стр.10, 11 также указывается: «Основную реакцию метанообразования можно записать в виде:
CO2+4H2A→CH4↑+4А+2H2O.
В этом уравнении под H2A подразумевается органическое вещество, содержащее чистый водород, если исключить A, то в этом случае реакция восстановления примет вид:
CO2+4Н2→CH4↑+2H2O…
Кроме того, возможны и другие пути образования метана. К ним можно отнести реакции восстановления окиси углерода при наличии водорода:
CO=3H2→CH4↑+H2O (стр.11, [10]).
Таким образом, добавляя с электролизера через патрубок 18 чистый водород совместно с неочищенным биогазом, поступающим через патрубок 9, в секциях 7 колонны можно получить дополнительные объемы метана за счет уменьшения доли окиси и двуокиси углерода в выходном биогазе. Одновременно уменьшается объем недоброда, так как большее количество метановых бактерий участвует в химических преобразованиях. Изменение процентного соотношения «метан - углекислый газ» контролируется датчиками и газоанализатором на выходе газа после штуцера 28.
Аналит с выхода 19 и католит с выхода 23 электролизера подаются в камеры брожения в зависимости от требуемого pH для разных видов сырья.
Другой отличительной особенностью предлагаемого технического решения является заполнение секций засыпкой из углеродного войлока, имеющего чрезвычайно развитую поверхность. Например, поверхность пор всего 1 г углеродного волокнистого сорбента составляет по данным Рязанского военного автомобильного института 2380 м2 [11].
Подобные материалы выпускают ФГУП НПЦ «Углерод» [12] и РУП СПО «Химволокно» [13], например углеродный войлок по ТУ 3497-029-11590737-04. Такого рода материалы допускают нагрев до 1500°C, при котором происходит выгорание накопившегося мусора, и после очищения войлока он может использоваться в секциях колонны многократно.
За счет развитой поверхности углеродного войлока молекулам водорода, метановым бактериям и молекулам углекислого газа обеспечивается большая поверхность контакта для их взаимодействия и образования дополнительного объема метана. Одновременно дображивается не сбродившаяся часть субстрата, перемещающаяся сверху вниз навстречу биогазу и водороду.
Большая степень обогащения биогаза за счет уменьшения содержания в нем CO2 и увеличения доли CH4 достигается неоднократной продувкой биогаза насосом 30, подающим биогаз с выхода колонны после гидравлического затвора 29 на вход в нижнюю часть колонны через патрубок 31.
Контролируя подачу необходимого объема водорода в колонну, а также - аналита и католита в другие камеры реактора, обеспечивая при этом оптимальные pH и температуру субстрата в камерах, представляется возможным существенно повысить объем получаемого метана и улучшить качество сброженного сырья.
Предложенное техническое решение найдет широкое применение для использования в составе метантенков разных конструкций, с целью увеличения их производительности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. У.Э Виестур, A.M. Кузнецов, В.В. Савенков. Системы ферментации. - Рига: Зинатне, 1986, 174 с.
2. «Процесс получения биогаза». Информационный материал фирмы ZORG [Электронный ресурс] www.zorg-biogas.com.
3. Авторское свидетельство СССР №1353753. МПК C02F 11/04. Метантенк. А.А. Ковалев и В.П. Лосяков. - №4036561; заявл. 12.03.86, опубл. 23.11.87 (аналог).
4. Патент №2093567 РФ. МПК C12M 1/107. Метановый биокультиватор. В.И. Тумченок. -№95101288; заявл. 30.01.95, опубл. 20.10.97 (аналог).
5. Патент №2162380 РФ. МПК B09B 3/00, A61L 11/00, C05F 9/00, C05F 9/04. Комплекс по переработке и обезвреживанию отходов. Р.Ф. Чиж, А.Н. Чумаков, В.В. Дегтярев. - №99115398; заявл. 21.07.99, опубл. 27.01.2001 (аналог).
6. Патент №2315721 РФ. МПК C02F 3/28, C02F 11/04. Способ анаэробной переработки органических отходов и установка для его осуществления. В.В. Мохов, Е.В. Фомичева. - №20061103378; заявл. 03.04.2006, опубл. 27.01.2008 (аналог).
7. Патент №2099414 РФ. МПК C12M 1/107. Бытовой метантенк. В.И. Тумченок. - №95100620; заявл. 17.01.95, опубл. 20.12.97 (аналог).
8. Патент №2107043 РФ. МПК C02F 11/04. Аккумулирующий метантенк. В.И. Тумченок. - №95100994; заявл. 17.01.95; опубл. 20.03.98 (прототип).
9. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. Пер. с англ., под ред. В.Г. Дебабова, М. - Мир, 1987, 411 с.
10. Янко В.Г., Янко Ю.Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках, Киев, 1978, 120 с.
11. Журнал «Изобретатель и рационализатор», №6, 2001, с.13 «Этот многогранный сорбент».
12. Продукция ФГУП НПЦ «Углерод», 129090, Москва, Протопоповский пер., Д. 9.
13. Ткани углеродные РУП СПО «Химволокно». 247400. г.Светлогорск, ул. Заводская, 5, [Электронный ресурс] www.sohim.open.by.
Claims (2)
1. Анаэробный реактор, содержащий корпус с камерами гидролизного и метанового брожения, устройство загрузки субстрата, устройство для его перемешивания в камерах, гидравлический затвор, колонну для обогащения биогаза, разделенную перегородками на сборник биогаза и секции, заполненные иммобилизирующей засыпкой, патрубки, один из которых соединен между выходом субстрата из корпуса реактора и верхней частью колонны, другой подключен между выходом биогаза из корпуса реактора и нижней частью колонны, отличающийся тем, что дополнительно введен диафрагменный электролизер, выход которого с газом водородом подключен к нижней части колонны, выход с аналитом - к входу корпуса в гидролизную камеру, выход электролизера с католитом соединен с камерами метанового брожения, а к выходу сборника биогаза подключен гидравлический затвор, причем в качестве засыпки в секциях колонны обогащения газа использован волокнистый графитовый материал с большой развитой поверхностью.
2. Анаэробный реактор по п.1, отличающийся тем, что между гидравлическим затвором на выходе биогаза из колонны и патрубком в нижней части колонны включен дополнительно введенный насос.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013106985/10A RU2518307C1 (ru) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Анаэробный реактор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013106985/10A RU2518307C1 (ru) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Анаэробный реактор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2518307C1 true RU2518307C1 (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013106985/10A RU2518307C1 (ru) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Анаэробный реактор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2518307C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700817C1 (ru) * | 2018-09-20 | 2019-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых энергетических технологий" (ООО "ЦНЭТ") | Устройство для увеличения объемов извлекаемого биогаза с полигонов твердых бытовых отходов |
| CN113340701A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-03 | 天津工业大学 | 一种水中阻垢剂的富集检测装置及富集检测方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039713C1 (ru) * | 1989-03-06 | 1995-07-20 | Амоко Корпорейшн | Способ анаэробной обработки кислотных или нейтральных сточных вод |
| RU2099414C1 (ru) * | 1995-01-17 | 1997-12-20 | Виктор Игнатьевич Тумченок | Бытовой метантенк |
| RU2107043C1 (ru) * | 1995-01-17 | 1998-03-20 | Виктор Игнатьевич Тумченок | Аккумулирующий метантенк |
| RU2164167C2 (ru) * | 1995-03-24 | 2001-03-20 | Паквес Био Системз Б.В. | Способ обработки газов и устройство для его осуществления |
| US20040172878A1 (en) * | 2001-07-12 | 2004-09-09 | Adam Krylowicz | Method and system of generating methane and electrical energy and thermal |
-
2013
- 2013-02-18 RU RU2013106985/10A patent/RU2518307C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039713C1 (ru) * | 1989-03-06 | 1995-07-20 | Амоко Корпорейшн | Способ анаэробной обработки кислотных или нейтральных сточных вод |
| RU2099414C1 (ru) * | 1995-01-17 | 1997-12-20 | Виктор Игнатьевич Тумченок | Бытовой метантенк |
| RU2107043C1 (ru) * | 1995-01-17 | 1998-03-20 | Виктор Игнатьевич Тумченок | Аккумулирующий метантенк |
| RU2164167C2 (ru) * | 1995-03-24 | 2001-03-20 | Паквес Био Системз Б.В. | Способ обработки газов и устройство для его осуществления |
| US20040172878A1 (en) * | 2001-07-12 | 2004-09-09 | Adam Krylowicz | Method and system of generating methane and electrical energy and thermal |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700817C1 (ru) * | 2018-09-20 | 2019-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых энергетических технологий" (ООО "ЦНЭТ") | Устройство для увеличения объемов извлекаемого биогаза с полигонов твердых бытовых отходов |
| CN113340701A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-03 | 天津工业大学 | 一种水中阻垢剂的富集检测装置及富集检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2560427C2 (ru) | Анаэробный мембранный биореактор для обработки потока отходов | |
| Lovato et al. | Effect of feed strategy on methane production and performance of an AnSBBR treating effluent from biodiesel production | |
| KR100893377B1 (ko) | 유기성 폐기물의 혐기성 소화장치 | |
| Shi et al. | Enhanced biogas production and in situ ammonia recovery from food waste using a gas-membrane absorption anaerobic reactor | |
| BRPI0904959A8 (pt) | Processo para produção de metano a partir dos líquidos provenientes de processos e de material biogênico | |
| CN207537216U (zh) | 一种折流板式厌氧膜生物反应器系统 | |
| RU2518307C1 (ru) | Анаэробный реактор | |
| KR20190050474A (ko) | 음폐수 처리 시스템 | |
| WO2016027223A1 (en) | Anaerobic membrane bioreactor system | |
| KR20190050477A (ko) | 음폐수 처리 시스템 및 그 운전방법 | |
| Li et al. | Enhanced digestion of sludge via co-digestion with food waste in a high-solid anaerobic membrane bioreactor: Performance evaluation and microbial response | |
| KR101300951B1 (ko) | 교대교차여과 방식을 활용한 막결합형 혐기성소화 시스템 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 | |
| CN104230127B (zh) | 再造烟叶废水处理制备沼气的工艺 | |
| US11268057B2 (en) | Apparatus and method for treatment of wet organic matter to produce biogas | |
| KR100766100B1 (ko) | 고농도 유기성 폐수의 처리를 위한 혐기성 소화조 | |
| KR100609000B1 (ko) | 폐활성 슬러지를 이용한 수소 및 메탄의 생성 장치 및 그방법 | |
| KR100990167B1 (ko) | 낮은 ｐＨ 조건에서의 메탄 생성 미생물 활성 억제제 및가스 퍼징을 이용한 유기성 폐기물로부터의 바이오 수소가스 생산 장치 및 방법 | |
| RU2536988C2 (ru) | Реактор анаэробной переработки биомассы | |
| Zeppilli et al. | Carbon Dioxide Abatement and Biofilm Growth in MEC equipped with a packed bed adsorption column | |
| Cheng et al. | Comparative study of high-performance mesophilic and thermophilic anaerobic membrane bioreactors in the co-digestion of sewage sludge and food waste: Methanogenic performance and energy recovery potential | |
| US9550702B2 (en) | Tubular digester | |
| RU194837U1 (ru) | Метантенк | |
| RU161517U1 (ru) | Устройство для получения биометана | |
| RU2700817C1 (ru) | Устройство для увеличения объемов извлекаемого биогаза с полигонов твердых бытовых отходов | |
| KR101273937B1 (ko) | 메탄균 농축 장치 |