RU2532176C2 - Module bioreactor - Google Patents

Module bioreactor Download PDF

Info

Publication number
RU2532176C2
RU2532176C2 RU2012128725/05A RU2012128725A RU2532176C2 RU 2532176 C2 RU2532176 C2 RU 2532176C2 RU 2012128725/05 A RU2012128725/05 A RU 2012128725/05A RU 2012128725 A RU2012128725 A RU 2012128725A RU 2532176 C2 RU2532176 C2 RU 2532176C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bioreactor
modules
section
unloading
biomass
Prior art date
Application number
RU2012128725/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012128725A (en
Inventor
Владимир Николаевич Кононов
Original Assignee
Владимир Николаевич Кононов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Николаевич Кононов filed Critical Владимир Николаевич Кононов
Priority to RU2012128725/05A priority Critical patent/RU2532176C2/en
Publication of RU2012128725A publication Critical patent/RU2012128725A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532176C2 publication Critical patent/RU2532176C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: tubular bioreactor is located horizontally and is divided by partitions-segments not reaching the bottom of the container, into three sections: loading 1, working 3 and unloading 13. In the loading section 1 of the bioreactor from above and in the upper part of the unloading section 13 the technological hatches 4 are made. The working section 3 is made of one or several modules. In each module of the working section 3 the stirrer 7 and the heat exchanger 6 are mounted. In the upper part of each module there is a technological hatch 4 and intake devices in the form of fittings for connecting the head flow meter and intake of biogas. All sections of the bioreactor are insulated. In the working section 3 between the modules the adjustable shut-off valve is mounted, which enables to isolate the modules hermetically from each other. In the unloading section 13 the stirrer-mixer is mounted.
EFFECT: invention enables to create in the bioreactor safe and low energy intensity operation mode.
4 cl, 5 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к сельскому хозяйству и предназначено для переработки жидких органических отходов, преимущественно навоза или помета, и получения экологически чистых органических удобрений и горючего биогаза.The claimed technical solution relates to agriculture and is intended for the processing of liquid organic waste, mainly manure or litter, and obtain environmentally friendly organic fertilizers and combustible biogas.

Известен реактор (см. патент FR 2471124 (13) A1, 19.06.1981, на 13 л., фиг.1-2). Сущность данного технического решения заключается в том, что запатентованный реактор содержит горизонтально расположенную стальную емкость, которая имеет загрузочный и выгрузочные люки и подключена к газгольдеру, кроме того, емкость биореактора покрыта теплоизоляцией для поддержания стабильной температуры в биореакторе.A known reactor (see patent FR 2471124 (13) A1, 06/19/1981, 13 liters, Fig.1-2). The essence of this technical solution lies in the fact that the patented reactor contains a horizontally located steel tank that has loading and unloading hatches and is connected to a gas tank, in addition, the bioreactor tank is coated with thermal insulation to maintain a stable temperature in the bioreactor.

Недостатком данного технического решения является то, что при загрузке смешиваются массы, перебродившие и вновь поступившие, так же, как и при выгрузке, происходит выгрузка смешанных масс, что не обеспечивает полного перебраживания сбраживаемой массы и снижает эффективность биореактора.The disadvantage of this technical solution is that when loading, the masses that ferment and re-enter are mixed, as well as during unloading, the mixed mass is unloaded, which does not ensure complete fermentation of the fermented mass and reduces the efficiency of the bioreactor.

Известен биореактор, имеющий форму бочки (см. (19) RU (11) 105624, (13) U1 (51) МПК С12М 1/00 (2006.01)), которая разделена на горизонтальные секции, в каждой из которых происходит своя стадия ферментации. Перегородки, расположенные между секциями, имеют окна, которые открываются-закрываются по мере выполнения стадии ферментации в этой секции.A barrel-shaped bioreactor is known (see (19) RU (11) 105624, (13) U1 (51) IPC С12М 1/00 (2006.01)), which is divided into horizontal sections, each of which has its own fermentation stage. The partitions located between the sections have windows that open-close as the fermentation stage is performed in this section.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, а также неремонтопригодность данного устройства - при поломке створки, закрывающей секцию, отремонтировать биореактор будет очень сложно или вообще невозможно.The disadvantages of this device are the complexity of the design, as well as the non-repairability of this device - if the shutter that closes the section breaks down, it will be very difficult or impossible to repair the bioreactor.

Наиболее близким к заявляемому модульному биореактору является биореактор, запатентованный в качестве патента на полезную модель РФ №102617, С12М 1/00, от 10.09.2010. Биореактор выполнен трубчатым, расположенным горизонтально и разделенным сверху перегородками-сегментами на три секции: загрузочную, рабочую и выгрузочную. Перегородки-сегменты не доходят до дна емкости. В загрузочной секции биореактора сверху расположен загрузочный люк для загрузки биомассы. В выгрузочной секции - выгрузочный люк для выгрузки биомассы. Рабочая секция биореактора изготовлена из одного или нескольких базовых модулей, при этом загрузочная и выгрузочная секции выполнены в виде отдельных модулей и соединены с рабочей секцией, в каждом базовом модуле рабочей секции смонтирована мешалка и теплообменник, при этом модули рабочей секции разделяются или посредством одного или нескольких модулей-вставок, или посредством одного или нескольких модулей-вставок в виде колен, или посредством одного или нескольких сегментов-разделителей конверсионных потоков. При этом модули рабочей секции имеют подключение, через которое биогаз из биореактора откачивается компрессором в газгольдер.Closest to the claimed modular bioreactor is a bioreactor, patented as a patent for a utility model of the Russian Federation No. 102617, С12М 1/00, dated 10.09.2010. The bioreactor is made tubular, located horizontally and divided from above by partition walls-segments into three sections: loading, working and unloading. Partition walls do not reach the bottom of the tank. In the loading section of the bioreactor, a loading hatch for loading biomass is located above. In the unloading section - an unloading hatch for unloading biomass. The bioreactor working section is made of one or several basic modules, while the loading and unloading sections are made in the form of separate modules and connected to the working section, a mixer and a heat exchanger are mounted in each basic module of the working section, while the modules of the working section are separated either by one or more insertion modules, either by means of one or more insertion modules in the form of knees, or by means of one or several conversion stream separator segments. At the same time, the modules of the working section have a connection through which biogas is pumped from the bioreactor to the gas tank by the compressor.

Недостатком данного технического решения является:The disadvantage of this technical solution is:

- его недостаточная проработка относительно вывода на рабочий режим брожения биореактора больших объемов более 200 м3 зигзагообразной формы. В биореакторах больших объемов в момент поэтапного заполнения биореактора биомассой происходит брожение биомассы и биогаз попадает из заполненной части биореактора в нерабочую часть, при этом в ней создается взрывоопасная концентрация метана, который через выгрузочный люк может попасть во внешнюю среду.- its insufficient study regarding the conclusion to the operating mode of fermentation of the bioreactor of large volumes of more than 200 m 3 of a zigzag shape. In bioreactors of large volumes, at the time of the phased filling of the bioreactor with biomass, biomass fermentation takes place and the biogas flows from the filled part of the bioreactor to the inoperative part, while an explosive concentration of methane is created in it, which can enter the external environment through the discharge hatch.

- В случае применения сегментов-разделителей конверсионных потоков, имеющих зазор между верхней и нижней частями сегмента и корпусом биореактора, в биореакторах с числом рабочих модулей более одного газовые смеси на разных стадиях брожения смешиваются между собой и поступают в газгольдер, что значительно затрудняет использование биогаза в когенерационных установках из-за большого содержания сероводорода в биогазе в первом модуле на начальной стадии брожения.- In the case of using conversion stream separator segments having a gap between the upper and lower parts of the segment and the bioreactor body, in bioreactors with more than one working modules, gas mixtures at different stages of fermentation mix with each other and enter the gas tank, which greatly complicates the use of biogas in cogeneration plants due to the high content of hydrogen sulfide in biogas in the first module at the initial stage of fermentation.

- Биореакторы малых (от 1 м3 до 10 м3) и средних (от 10 м3 до 200 м3) объемов не имеют возможности поэтапного запуска в работу, поэтому на разогрев биомассы в начальной стадии брожения тратится больше времени и тепловой энергии.- Bioreactors of small (from 1 m 3 to 10 m 3 ) and medium (from 10 m 3 to 200 m 3 ) volumes do not have the possibility of a phased start-up, therefore more time and thermal energy are spent on heating the biomass in the initial stage of fermentation.

- Отсутствие теплоизоляции секций биореактора приводит к повышенному расходу энергии на начальный разогрев биореактора и собственные нужды.- The lack of thermal insulation of the sections of the bioreactor leads to increased energy consumption for the initial heating of the bioreactor and own needs.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в создании в биореакторе безопасного и низкоэнергозатратного режима работы, обеспеченного за счет коррекции и поддержания физико-химических параметров среды в разных секциях биореактора и их частях, биомасса в которых находится на разных стадиях брожения.The technical result of the claimed technical solution is to create a safe and low-energy mode of operation in the bioreactor, provided by correcting and maintaining the physicochemical parameters of the medium in different sections of the bioreactor and their parts, the biomass of which is at different stages of fermentation.

Результат достигается за счет того, что горизонтальный трубчатый биореактор разделен на три секции: загрузочную, рабочую и выгрузочную перегородками-сегментами, не доходящими до дна емкости, где в загрузочной секции биореактора сверху расположен технологический загрузочный люк для загрузки биомассы, в верхней части выгрузочной секции также расположен технологический люк. Рабочая секция биореактора состоит из одного или нескольких модулей. В каждом модуле рабочей секции смонтированы мешалка и теплообменник. В верхней части каждого модуля расположен технологический люк и отборные устройства в виде штуцеров для подключения напоромера и отбора биогаза. Рабочая секция разделена на модули или посредством одного или нескольких модулей-вставок, или посредством одного или нескольких модулей-вставок в виде колен, или посредством одного или нескольких сегментов-разделителей конверсионных потоков, в модуле-вставке в виде колен установлена регулируемая заслонка-сегмент.The result is achieved due to the fact that the horizontal tubular bioreactor is divided into three sections: loading, working and unloading partitions-segments that do not reach the bottom of the tank, where in the loading section of the bioreactor there is a technological loading hatch for loading biomass on top, in the upper part of the unloading section located technological hatch. The working section of the bioreactor consists of one or more modules. A mixer and a heat exchanger are mounted in each module of the working section. In the upper part of each module there is a technological hatch and select devices in the form of fittings for connecting a head and biogas selection. The working section is divided into modules either by means of one or several insert modules, or by one or several insert modules in the form of knees, or by means of one or several conversion separator segments, an adjustable shutter-segment is installed in the insert module in the form of knees.

Отличие заявляемого биореактора от прототипа в том, что:The difference of the claimed bioreactor from the prototype is that:

- в рабочей секции между модулями смонтирована регулируемая запорная арматура, позволяющая герметично отсекать модули друг от друга. Регулируемая запорная арматура, установленная между модулями рабочей секции, имеет винтовой привод, связанный со штурвалом или электроприводом. За счет этого биомасса из загрузочной секции поступает в рабочую секцию, последовательно поэтапно заполняя трубчатые теплоизолированные модули и их части. При этом биомасса остается в модуле столь длительное время, пока не наберется нужная концентрация метанобактерий и не начнется выделение биогаза. Это позволяет выводить биореактор на рабочий режим поэтапно и за счет этого существенно экономить энергию на начальный разогрев. При этом повышается взрывобезопасность биореактора - метан не попадает в нерабочие модули, а через соответствующий штуцер поступает в газгольдер;- in the working section, between the modules, an adjustable stop valve is mounted, which allows hermetically to cut off the modules from each other. Adjustable shutoff valves installed between the modules of the working section, has a screw drive connected to the steering wheel or electric drive. Due to this, the biomass from the loading section enters the working section, sequentially gradually filling tubular heat-insulated modules and their parts. At the same time, the biomass remains in the module for such a long time until the desired concentration of methanobacteria is reached and the release of biogas begins. This allows you to bring the bioreactor to the operating mode in stages and thereby significantly save energy on the initial heating. At the same time, the explosion safety of the bioreactor is increased - methane does not get into the inoperative modules, but through the corresponding fitting it enters the gas tank;

- в выгрузочной секции смонтирована мешалка-миксер, позволяющая гомогенизировать полученное на выходе биореактора удобрение;- a mixer-mixer is mounted in the unloading section, which allows homogenizing the fertilizer received at the output of the bioreactor;

- все секции биореактора теплоизолированы с целью уменьшения теплопотерь в биореакторе.- all sections of the bioreactor are thermally insulated in order to reduce heat loss in the bioreactor.

Регулируемая запорная арматура имеет винтовой привод, связанный со штурвалом или электроприводом.Adjustable stop valves have a screw drive connected to the steering wheel or electric drive.

В верхней части выгрузочной секции имеется патрубок для выгрузки биомассы.In the upper part of the discharge section there is a pipe for unloading biomass.

В нижней части выгрузочной секции имеется патрубок для выгрузки биомассы в момент проведения профилактических работ.In the lower part of the unloading section there is a pipe for unloading biomass at the time of the maintenance work.

Описание изобретенияDescription of the invention

Биореактор изготавливают из теплоизолированных трубчатых или с конусностью (с расширением в сторону выгрузки на 0,5-2%) секций, расположенных горизонтально. Биореактор может иметь вытянутую и зигзагообразную форму. Длина биореактора зависит от времени сбраживания, а диаметр трубы - от производительности биореактора.The bioreactor is made of thermally insulated tubular or with a taper (with an expansion in the direction of unloading by 0.5-2%) of sections located horizontally. The bioreactor may have an elongated and zigzag shape. The length of the bioreactor depends on the time of fermentation, and the diameter of the pipe depends on the performance of the bioreactor.

Биореактор должен быть выполнен из материала, стойкого к заполняющей его среде, например из металла или пластика.The bioreactor should be made of a material resistant to the medium filling it, for example, metal or plastic.

При изготовлении биореакторов из пластика секции и модули между собой соединяются с помощью фланцевого болтового соединения или с помощью муфтовых сальниковых соединений, а при изготовлении из металла могут соединяться между собой как с помощью фланцевых болтовых соединений, так и напрямую - посредством сварки.In the manufacture of bioreactors from plastic, sections and modules are interconnected by means of a flange bolt connection or by means of sleeve gland connections, and in the manufacture of metal, they can be interconnected both by means of flange bolted connections and directly by welding.

Внутреннее пространство биореактора разделено сегментами на три секции - загрузочную, рабочую и выгрузочную, сегменты перекрывают все пространство сверху и не доходят до дна емкости. В верхней части загрузочной секции биореактора расположен технологический люк для загрузки биомассы. Загрузочная секция отделена от рабочей секции перегородкой-сегментом, не доходящей до дна биореактора.The internal space of the bioreactor is divided by segments into three sections - loading, working and unloading, segments overlap the entire space from above and do not reach the bottom of the tank. In the upper part of the loading section of the bioreactor is a technological hatch for loading biomass. The loading section is separated from the working section by a partition-segment that does not reach the bottom of the bioreactor.

Рабочая секция может быть выполнена: из одного теплоизолированного трубчатого модуля или нескольких теплоизолированных трубчатых модулей, разделенных запорной арматурой, соединенной со штурвалом или электроприводом, позволяющей поэтапно запускать биореактор в работу, существенно снижая энергозатраты на начальный нагрев биомассы в биореакторе, и конструкций, их разделяющих, которые могут быть выполнены в виде:The working section can be performed: from one thermally insulated tubular module or several thermally insulated tubular modules, separated by shutoff valves connected to the helm or electric drive, which allows the bioreactor to be launched in stages, significantly reducing energy consumption for the initial heating of biomass in the bioreactor, and structures that separate them, which can be made in the form of:

- модулей-вставок, в которых размещается мотор-редуктор, который в свою очередь приводит во вращение горизонтальную мешалку,- insert modules, in which the geared motor is located, which in turn drives the horizontal mixer,

- модулей-вставок в виде колен, внутри каждого из которых установлена запорная арматура,- insert modules in the form of elbows, inside of each of which stop valves are installed,

- сегментов-разделителей конверсионных потоков.- Conversion stream separator segments.

При этом модули-вставки и запорная арматура в рабочем режиме обеспечивают беспрепятственное перетекание биомассы между трубчатыми модулями и являются одновременно разделителем температурных конверсионных потоков между модулями, что позволяет в каждом модуле поддерживать оптимальную температуру анаэробного брожения.At the same time, the insert modules and shutoff valves in the operating mode provide unhindered flow of biomass between the tubular modules and are simultaneously a separator of temperature conversion flows between the modules, which allows each module to maintain the optimal temperature of anaerobic fermentation.

В верхней части каждого модуля рабочей секции имеется технологический люк и отборные устройства в виде штуцеров, один для отбора биогаза, другой для подключения напоромера, а также два смотровых окна. Каждый модуль рабочей секции имеет с обеих сторон унифицированное фланцевое болтовое соединение. Биогаз из базовых трубчатых модулей откачивается в газгольдер компрессором через отборные устройства.In the upper part of each module of the working section there is a technological hatch and selective devices in the form of fittings, one for biogas selection, another for connecting a pressure gauge, and also two viewing windows. Each module of the working section has a unified flange bolted connection on both sides. Biogas from the base tubular modules is pumped into the gas tank by a compressor through selected devices.

В каждом трубчатом модуле рабочей секции смонтирована мешалка, конструктивно мешалка может быть выполнена в нескольких вариантах:An agitator is mounted in each tubular module of the working section, and the agitator can be constructed in several versions:

горизонтальной - с приводом от мотора-редуктора,horizontal - driven by a gear motor,

вертикальной - с креплением на верхнем технологическом люке,vertical - with fastening on the upper technological hatch,

погружной - при этом мешалка погружена вместе с двигателем в биомассу.submersible - while the mixer is immersed with the engine in the biomass.

В каждом трубчатом модуле рабочей секции смонтирован теплообменник для поддержания оптимальной температуры брожения.A heat exchanger is mounted in each tubular module of the working section to maintain the optimum fermentation temperature.

Мотор-редуктор для привода горизонтальной мешалки монтируется в модуле-вставке, расположенной между трубчатыми модулями рабочей секции.A geared motor for driving a horizontal mixer is mounted in an insert module located between the tubular modules of the working section.

В случае установки вертикальной мешалки или погружной мешалки модуль-вставка с мотором-редуктором не монтируется, а вместо нее устанавливается сегмент-разделитель конверсионных потоков или запорная арматура, которые выполняют функцию разделителя конверсионных температурных потоков между базовыми трубчатыми модулями. Сегмент-разделитель конверсионных потоков имеет зазор между верхом и низом корпуса биореактора, а в случае разделения газовых потоков между модулями - только между низом корпуса биореактора.In the case of installing a vertical mixer or an immersion mixer, the insert module with a gear motor is not mounted, but instead a conversion separator segment or shutoff valves are installed, which serve as a separator of conversion temperature flows between the base tubular modules. The conversion flow separator segment has a gap between the top and bottom of the bioreactor body, and in the case of separation of gas flows between modules, only between the bottom of the bioreactor body.

Биореакторы больших объемов имеют зигзагообразную форму, при этом между базовыми модулями рабочей секции устанавливают модули-вставки в виде колен, в которых смонтирована регулируемая запорная арматура, соединенная со своим штурвалом или электроприводом. Запорная арматура может герметично перекрывать сообщение между модулями рабочей секции, что позволяет поэтапно запускать биореактор в работу, существенно снижая энергозатраты на начальный нагрев биомассы в биореакторе.Large volume bioreactors have a zigzag shape, while between the base modules of the working section, insert modules are installed in the form of elbows, in which an adjustable stop valve is mounted, connected to its helm or electric drive. The shutoff valves can hermetically block the communication between the modules of the working section, which allows the bioreactor to be launched in stages, significantly reducing the energy consumption for the initial heating of the biomass in the bioreactor.

В верхней части выгрузочной секции имеется технологический люк, в выгрузочной секции монтируется мешалка-миксер для перемешивания биомассы в момент выгрузки, в верхней торцевой части выгрузочной секции смонтирован не имеющий запорной арматуры патрубок для выгрузки биомассы. В нижней части выгрузочной секции смонтирован технологический патрубок, снабженный запорной арматурой, через который осуществляется опорожнение биореактора в момент проведения профилактических работ. Все секции биореактора покрываются теплоизоляционным материалом для снижения потерь тепла при нагреве и брожении.There is a technological hatch in the upper part of the unloading section, a mixer-mixer is mounted in the unloading section for mixing biomass at the time of unloading, a nozzle for biomass unloading, which does not have shutoff valves, is mounted in the upper end part of the unloading section. In the lower part of the unloading section, a technological branch pipe is installed, equipped with shutoff valves, through which the bioreactor is emptied at the time of the maintenance work. All sections of the bioreactor are coated with heat-insulating material to reduce heat loss during heating and fermentation.

Длина биореактора зависит от времени сбраживания, а диаметр трубы - от производительности биореактора.The length of the bioreactor depends on the time of fermentation, and the diameter of the pipe depends on the performance of the bioreactor.

Биореактор снабжен датчиками рН, датчиками, измеряющими окислительно-восстановительный потенциал еН, датчиками температуры и влажности, которые подключены к управляющему микропроцессорному контроллеру. Контроллер позволяет контролировать и управлять физико-химическим составом биомассы в биореакторе.The bioreactor is equipped with pH sensors, sensors that measure the redox potential of eH, temperature and humidity sensors that are connected to the control microprocessor controller. The controller allows you to control and manage the physicochemical composition of biomass in the bioreactor.

На фиг.1 изображен модульный биореактор с горизонтальной мешалкой, на фиг.2 изображен модульный биореактор с вертикальной мешалкой, на фиг.3 - модульный биореактор с запорной арматурой между модулями, на фиг.4 изображен модульный биореактор большого объема, имеющий зигзагообразную форму, с запорной арматурой между модулями - вид сверху, где:Figure 1 shows a modular bioreactor with a horizontal mixer, figure 2 shows a modular bioreactor with a vertical mixer, figure 3 shows a modular bioreactor with shutoff valves between the modules, figure 4 shows a large volume modular bioreactor with a zigzag shape, with shutoff valves between the modules - top view, where:

1 - загрузочная секция;1 - boot section;

2 - загрузочный люк;2 - loading hatch;

3 - рабочая секция, первый базовый трубчатый модуль;3 - working section, the first basic tubular module;

4 - технологический люк;4 - technological hatch;

5 - датчик температуры;5 - temperature sensor;

6 - трубчатый теплообменник;6 - tubular heat exchanger;

7 - мешалка горизонтальная;7 - horizontal mixer;

8 - мотор-редуктор;8 - gear motor;

9 - модуль-вставка, обеспечивающая беспрепятственное перетекание биомассы между базовыми трубчатыми модулями;9 - insert module, providing unimpeded flow of biomass between the base tubular modules;

10 - штуцер для отбора газа;10 - fitting for gas extraction;

11 - рабочая секция второй базовый трубчатый модуль;11 - working section of the second base tubular module;

12 - мешалка-миксер;12 - mixer;

13 - выгрузочная секция;13 - unloading section;

14 - патрубок для выгрузки биомассы;14 - pipe for unloading biomass;

15 - патрубок для выгрузки биомассы в момент профилактического осмотра;15 - pipe for unloading biomass at the time of the routine inspection;

16 - перегородка-сегмент;16 - partition-segment;

17 - модуль-вставка в виде колена, внутри которого установлена регулируемая запорная арматура;17 - insert module in the form of a knee, inside of which an adjustable stop valve is installed;

18 - регулируемая запорная арматура;18 - adjustable shutoff valves;

19 - вертикальная мешалка;19 - vertical mixer;

20 - сегмент-разделитель конверсионных потоков.20 - segment separator conversion streams.

Модульный биореактор работает следующим образом.Modular bioreactor works as follows.

Первая секция биореактора - загрузочная 1, она снабжена в верхней части загрузочным люком, через который осуществляется загрузка биомассы.The first section of the bioreactor is loading 1, it is equipped in the upper part with a loading hatch through which biomass is loaded.

Вторая секция - рабочая, состоящая из трубчатых модулей.The second section is the working one, consisting of tubular modules.

В трубчатых модулях рабочей секции 3, 11 происходит брожение и образование биогаза. Биогаз откачивается компрессором в газгольдер через штуцер 10. В модулях рабочей секции установлены датчики температуры, рН, еН и давления (на фиг.1 - только датчик температуры 5). Биомасса во второй секции периодически, четыре раза в сутки, перемешивается горизонтальной мешалкой 7. Вместо горизонтальной мешалки на технологическом люке модуля рабочей секции может быть смонтирована вертикальная мешалка 19 или погружная мешалка (на фиг.2 не показана). В этом случае между модулями рабочей секции монтируется сегмент-разделитель конверсионных потоков 20. На фиг.3 и фиг.4 между модулями рабочей секции 3, 11 монтируется запорная арматура 18, позволяющая отсекать модули рабочей секции друг от друга в начальный момент загрузки биореактора биомассой, тем самым осуществлять поэтапный запуск биореактора в работу.In the tubular modules of the working section 3, 11, fermentation and the formation of biogas occur. Biogas is pumped by the compressor to the gas tank through the nozzle 10. In the modules of the working section, temperature, pH, eH and pressure sensors are installed (in Fig. 1, only the temperature sensor 5). The biomass in the second section is periodically, four times a day, mixed with a horizontal mixer 7. Instead of a horizontal mixer, a vertical mixer 19 or an immersion mixer (not shown in FIG. 2) can be mounted on the technological hatch of the module of the working section. In this case, a conversion separator segment separator 20 is mounted between the modules of the working section 20. In FIG. 3 and FIG. 4, shutoff valves 18 are mounted between the modules of the working section 3, 11, which allows the modules of the working section to be cut off from each other at the initial moment of loading the bioreactor with biomass, thereby phased launch of the bioreactor into operation.

Третья секция - выгрузочная 13, имеет небольшой объем. В ней идет накопление перебродившей биомассы и происходит ее выгрузка. В верхней части третьей секции на технологическом люке монтируется мешалка-миксер 12 или погружная мешалка (на фиг.1 не показана) для перемешивания биомассы в момент выгрузки, в верхней торцевой части выгрузочной секции смонтирован патрубок 14 для выгрузки перебродившей биомассы.The third section - unloading 13, has a small volume. It accumulates fermented biomass and is unloaded. In the upper part of the third section, a mixer-mixer 12 or an immersion mixer (not shown in Fig. 1) is mounted on the technological hatch for mixing biomass at the time of unloading; a nozzle 14 is mounted in the upper end part of the unloading section for unloading fermented biomass.

В нижней торцевой части выгрузочной секции смонтирован патрубок 15, через который при остановке биореактора выполняется его внутренняя очистка.A pipe 15 is mounted in the lower end part of the discharge section through which internal cleaning is performed when the bioreactor stops.

В загрузочную секцию 1 через загрузочный люк 2 загружается биомасса. Датчики влажности и кислотности (не показаны) определяют характеристики загруженного сырья, и в случае необходимости, по сигналу с микроконтроллера, производится увеличение влажности путем добавления воды или изменение кислотности путем добавления кислоты или щелочи. Возможно добавление в биомассу бактерий, ускоряющих процесс разложения органических веществ биомассы.In the loading section 1 through the loading hatch 2 is loaded biomass. Humidity and acidity sensors (not shown) determine the characteristics of the loaded raw materials, and if necessary, by a signal from the microcontroller, an increase in humidity is made by adding water or a change in acidity by adding acid or alkali. It is possible to add bacteria to the biomass that accelerate the decomposition of organic biomass substances.

Корпус биореактора, разделенный перегородками-сегментами 16, можно рассматривать как сообщающиеся сосуды, имеющие перепускные отверстия в виде пространства под перегородками. Вновь поступившая из загрузочной секции 1 биомасса продавливается под перегородкой-сегментом 16 в первый базовый трубчатый модуль 3 рабочей секции, в котором идет предварительное брожение в мезофильном режиме, а оттуда - через нижний просвет модуля-вставки 9, являющейся одновременно разделителем конверсионных температурных потоков, далее - во второй модуль 11 рабочей секции, где идет процесс термофильного брожения.The body of the bioreactor, divided by partitions-segments 16, can be considered as communicating vessels having bypass openings in the form of a space under the partitions. The biomass newly arrived from the loading section 1 is pressed under the baffle-segment 16 into the first base tube module 3 of the working section, in which preliminary fermentation takes place in the mesophilic mode, and from there through the lower lumen of the insert module 9, which is also a separator of the conversion temperature flows, then - into the second module 11 of the working section, where the process of thermophilic fermentation takes place.

Биогаз скапливается в верхней части модулей рабочей секции 3, 11, занимая свободное пространство между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью биомассы, и по сигналу датчика давления откачивается компрессором в газгольдер.Biogas accumulates in the upper part of the modules of the working section 3, 11, occupying the free space between the inner surface of the housing and the surface of the biomass, and is pumped by the compressor to the gas tank at the signal of the pressure sensor.

Далее биомасса продавливается под разделенной перегородкой-сегментом 16 в выгрузочную секцию 13, она там накапливается до уровня выгрузочного патрубка 14 и самоизливом поступает в приемник перебродившей биомассы (не показан).Next, the biomass is pressed under a divided partition-segment 16 into the discharge section 13, it accumulates there to the level of the discharge pipe 14 and enters into the receiver of the fermented biomass (not shown) by self-flow.

При профилактических работах слив биомассы из биореактора проводят через очистной патрубок 15, который снабжен запорной арматурой. Модульная конструкция биореактора позволяет в каждом модуле установить теплообменник и перемешивающее устройство, что позволяет, наращивая модули, изготавливать биореакторы большого объема, а также создавать в модулях оптимальные физико-химические условия для брожения биомассы и поэтапно запускать биореактор в работу. Технологические параметры в модулях рабочей секции поддерживаются автоматически - по командам, выдаваемым микропроцессорным контроллером.During preventive maintenance, the biomass is drained from the bioreactor through the treatment pipe 15, which is equipped with shutoff valves. The modular design of the bioreactor allows you to install a heat exchanger and a mixing device in each module, which allows, by expanding the modules, to produce large volume bioreactors, as well as to create optimal physicochemical conditions for biomass fermentation in the modules and to put the bioreactor into operation in stages. Technological parameters in the modules of the working section are supported automatically - according to the commands issued by the microprocessor controller.

Пример выполнения.Execution example.

Биогазовая установка фиг.5 с биореактором рабочим объемом 30 м3. Биореактор выполнен в виде трубы. Длина реактора - 14 м, диаметр трубы - 2 м. Корпус биореактора разделен на три секции перегородками-сегментами, не доходящими до дна примерно на 300 мм. Рабочая секция состоит из двух базовых трубчатых модулей, между модулями монтируется модуль-вставка с мотором-редуктором, который приводит во вращение горизонтальную мешалку. Модуль-вставка с мотором-редуктором препятствует конверсионному перемешиванию биомассы между модулями. Время выхода биореактора на рабочий режим должно составлять не менее 12 суток. Биогаз, который образуется внутри рабочей секции биореактора, по показанию датчика давления откачивается компрессором в газгольдер.The biogas plant of FIG. 5 with a bioreactor with a working volume of 30 m 3 . The bioreactor is made in the form of a pipe. The length of the reactor is 14 m, the diameter of the pipe is 2 m. The body of the bioreactor is divided into three sections by partition walls, not reaching the bottom by about 300 mm. The working section consists of two basic tubular modules, an insert module with a gear motor is mounted between the modules, which rotates the horizontal mixer. An insertion module with a gear motor prevents the conversion of biomass between the modules. The output time of the bioreactor to the operating mode should be at least 12 days. Biogas, which is formed inside the working section of the bioreactor, is pumped by the compressor to the gas tank according to the pressure sensor.

Биореактор может перерабатывать отходы от 30 голов КРС.The bioreactor can process waste from 30 heads of cattle.

Claims (4)

1. Биореактор выполнен трубчатым, расположенным горизонтально и разделенным перегородками-сегментами, не доходящими до дна емкости, на три секции: загрузочную, рабочую и выгрузочную, в загрузочной секции биореактора сверху расположен технологический загрузочный люк для загрузки биомассы, в верхней части выгрузочной секции также расположен технологический люк, рабочая секция состоит из одного или нескольких модулей, в каждом модуле рабочей секции смонтированы мешалка и теплообменник, в верхней части каждого модуля расположен технологический люк и отборные устройства в виде штуцеров для подключения напоромера и отбора биогаза, при этом рабочая секция разделяется на модули или посредством одного или нескольких модулей-вставок, или посредством одного или нескольких модулей-вставок в виде колен, или посредством одного или нескольких сегментов-разделителей конверсионных потоков,
отличающийся тем, что все секции биореактора теплоизолированы, в рабочей секции между модулями смонтирована регулируемая запорная арматура, позволяющая герметично отсекать модули друг от друга, в выгрузочной секции смонтирована мешалка-миксер.
1. The bioreactor is made tubular, located horizontally and divided by partitions-segments, not reaching the bottom of the tank, into three sections: loading, working and unloading, in the loading section of the bioreactor there is a technological loading hatch for loading biomass on top, in the upper part of the unloading section technological hatch, the working section consists of one or several modules, in each module of the working section a mixer and a heat exchanger are mounted, in the upper part of each module there is a technologist hatch and selective devices in the form of fittings for connecting a pressure gauge and biogas extraction, while the working section is divided into modules either by one or more insert modules, or by one or more insert modules in the form of knees, or by one or more segments - conversion stream separators,
characterized in that all sections of the bioreactor are thermally insulated, an adjustable stop valve is mounted between the modules in the working section, which allows hermetically to cut off the modules from each other, and a mixer-mixer is mounted in the discharge section.
2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что регулируемая запорная арматура имеет винтовой привод, связанный со штурвалом или электроприводом.2. The bioreactor according to claim 1, characterized in that the adjustable shut-off valve has a screw drive connected to the helm or electric drive. 3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что в верхней части выгрузочной секции имеется патрубок для выгрузки биомассы.3. The bioreactor according to claim 1, characterized in that in the upper part of the discharge section there is a pipe for unloading biomass. 4. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что в нижней части выгрузочной секции имеется патрубок для выгрузки биомассы в момент проведения профилактических работ. 4. The bioreactor according to claim 1, characterized in that in the lower part of the discharge section there is a pipe for unloading biomass at the time of the maintenance work.
RU2012128725/05A 2012-07-09 2012-07-09 Module bioreactor RU2532176C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012128725/05A RU2532176C2 (en) 2012-07-09 2012-07-09 Module bioreactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012128725/05A RU2532176C2 (en) 2012-07-09 2012-07-09 Module bioreactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012128725A RU2012128725A (en) 2014-01-20
RU2532176C2 true RU2532176C2 (en) 2014-10-27

Family

ID=49944770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012128725/05A RU2532176C2 (en) 2012-07-09 2012-07-09 Module bioreactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532176C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682546C2 (en) * 2014-05-27 2019-03-19 Иллумина, Инк. Systems and methods of biochemical analysis including main device and removable cartridge
RU2747414C1 (en) * 2020-07-03 2021-05-04 Кононов Владимир Николаевич Modular bioreactor
RU2785864C2 (en) * 2014-05-27 2022-12-14 Иллумина, Инк. Replaceable cartridge for biochemical reactions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2471124A1 (en) * 1979-12-10 1981-06-19 Masure Jacques Anaerobic fermentation of liq. manure to produce gas and fertiliser - in horizontal cylindrical digester with axial rotary agitator
RU8702U1 (en) * 1998-03-11 1998-12-16 Научно-производственное предприятие "Экотехника" INSTALLATION OF BIOLOGICAL CLEANING OF DOMESTIC WASTE WATER
RU2346423C2 (en) * 2007-03-15 2009-02-20 Владимир Николаевич Кононов Bioreactor
RU2370457C1 (en) * 2008-07-14 2009-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ) Unit for anaerobic digestion of organic waste
RU102617U1 (en) * 2010-09-10 2011-03-10 Владимир Николаевич Кононов BIOREACTOR MODULAR

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2471124A1 (en) * 1979-12-10 1981-06-19 Masure Jacques Anaerobic fermentation of liq. manure to produce gas and fertiliser - in horizontal cylindrical digester with axial rotary agitator
RU8702U1 (en) * 1998-03-11 1998-12-16 Научно-производственное предприятие "Экотехника" INSTALLATION OF BIOLOGICAL CLEANING OF DOMESTIC WASTE WATER
RU2346423C2 (en) * 2007-03-15 2009-02-20 Владимир Николаевич Кононов Bioreactor
RU2370457C1 (en) * 2008-07-14 2009-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ) Unit for anaerobic digestion of organic waste
RU102617U1 (en) * 2010-09-10 2011-03-10 Владимир Николаевич Кононов BIOREACTOR MODULAR

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ, под ред. А.Ю. Ишлинского, 3 изд., Москва, Большая Российская энциклопедия, 2000, с. 319, 464. *
Т.Г. ВОЛОВА, Биотехнология, Новосибирск, Издательство СО РАН, 1999, с. 28 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682546C2 (en) * 2014-05-27 2019-03-19 Иллумина, Инк. Systems and methods of biochemical analysis including main device and removable cartridge
US10427155B2 (en) 2014-05-27 2019-10-01 Illumina, Inc. Systems and methods for biochemical analysis including a base instrument and a removable cartridge
RU2785864C2 (en) * 2014-05-27 2022-12-14 Иллумина, Инк. Replaceable cartridge for biochemical reactions
US11590494B2 (en) 2014-05-27 2023-02-28 Illumina, Inc. Systems and methods for biochemical analysis including a base instrument and a removable cartridge
RU2747414C1 (en) * 2020-07-03 2021-05-04 Кононов Владимир Николаевич Modular bioreactor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012128725A (en) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2358543T3 (en) DEVICE AND PROCESS TO PRODUCE BIOGAS FROM ORGANIC MATTER.
EP2449086B1 (en) A device for the production of biogas from organic waste
CN102321528B (en) Horizontal stirring methane fermentation device with vertical cylindrical tank
RU102617U1 (en) BIOREACTOR MODULAR
RU2346423C2 (en) Bioreactor
RU2532176C2 (en) Module bioreactor
RU2491330C1 (en) Biological reactor
WO2013006086A1 (en) Multi-functional biogas complex
CN202157072U (en) Device for producing methane by fermentation
CN202594857U (en) Anaerobic reaction device for treating wastewater with high solid content
CN201834914U (en) Mobile biogas fermentation apparatus
CN104711176A (en) Anaerobic generating gas supply station with stainless steel structure
RU118963U1 (en) BIOGAS INSTALLATION
CN202297592U (en) Vertical cylinder horizontal-tank stirring methane fermenting device
RU110588U1 (en) UNIVERSAL BIOGAS COMPLEX
CN104711177A (en) Anaerobic generating gas supply station with reinforced concrete structure
RU2747414C1 (en) Modular bioreactor
CN104711171A (en) Anaerobic generating gas supply station with rubber thread steel-concrete structure
CN202576414U (en) Continuous type dry-method methane fermentation device
CN218372057U (en) Anaerobic reaction device for treating poultry manure
ES2289886B1 (en) PROCEDURE AND INSTALLATION FOR THE BIOMETANIZATION OF ORGANIC MATTER.
CN104711182A (en) Anaerobic generating gas supply station with brick-concrete structure
RU2281254C1 (en) Methane tank
SU1353753A1 (en) Methane tank
CN104560644A (en) Anaerobic power generation and gas supply station with film mixed wattle and steel structure

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20160712

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180216

Effective date: 20180216