RU2700490C1 - Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas - Google Patents

Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas Download PDF

Info

Publication number
RU2700490C1
RU2700490C1 RU2018137745A RU2018137745A RU2700490C1 RU 2700490 C1 RU2700490 C1 RU 2700490C1 RU 2018137745 A RU2018137745 A RU 2018137745A RU 2018137745 A RU2018137745 A RU 2018137745A RU 2700490 C1 RU2700490 C1 RU 2700490C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bioreactor
heating circuit
elements
modules
bioreactors
Prior art date
Application number
RU2018137745A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Даниил Рафикович Абубикеров
Андрей Павлович Матвеев
Александр Валентинович Подсекин
Юрий Васильевич Рогов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем"
Priority to RU2018137745A priority Critical patent/RU2700490C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2700490C1 publication Critical patent/RU2700490C1/en
Priority to CN201911014868.6A priority patent/CN111115998B/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F3/00—Fertilisers from human or animal excrements, e.g. manure
    • C05F3/06—Apparatus for the manufacture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C12M1/38—Temperature-responsive control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/20—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from animal husbandry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2203/00—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2203/006—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage details of construction, e.g. specially adapted seals, modules, connections
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: disclosed is a bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas. Installation contains a group of bioreactors, where the housing of each bioreactor has the shape of a rectangular parallelepiped with a water heating circuit. At that pipes of heating circuit are located on end and on one of side walls of housing. Housings of bioreactors are sequentially joined by heating circuits with side walls with side walls without heating circuit of the other bioreactor. Side wall with heating circuit of extreme bioreactor is closed by panel without heating circuit, and side wall without heating circuit of other extreme bioreactor is closed with panel equipped with heating circuit. Housing of each bioreactor is separated inside by vertical longitudinal and transverse ribs of stiffness into sections, in which biofilter elements are installed in the form of biological loading units. Biological loading unit comprises modules formed from vertically oriented tubular elements with a microporous structure. Modules are located in layers, wherein elements of modules located in adjacent layers are shifted in horizontal plane by half of transverse dimension of element and have gap between layers.
EFFECT: invention provides higher efficiency and quality of biomass processing, as well as expansion of its functional capabilities.
6 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для анаэробной переработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и производства биогаза в биореакторах с неподвижными носителями для заселения микроорганизмами.The invention relates to the field of biotechnology and can be used for anaerobic processing of organic waste of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas production in bioreactors with fixed carriers for colonization by microorganisms.

Большие объемы органических отходов, образующихся в процессе деятельности сельскохозяйственных и животноводческих предприятий, в том числе навоза и птичьего помета, сложность реализации инженерно-технических задач их подготовки, переработки и утилизации указывают на необходимость совершенствования устройств для эффективной переработки органических отходов.Large volumes of organic waste generated during the activities of agricultural and livestock enterprises, including manure and poultry manure, the complexity of the implementation of engineering tasks of their preparation, processing and disposal indicate the need to improve devices for the efficient processing of organic waste.

Для интенсификации процесса массообмена между анаэробными микроорганизмами и биомассой необходимо выполнение целого ряда условий, среди которых важнейшими являются увеличение количества микроорганизмов в объеме биореактора, эффективное перемешивание биомассы для улучшения контакта микроорганизмов с частицами биомассы и стабильное поддержание температуры биомассы.To intensify the process of mass transfer between anaerobic microorganisms and biomass, a number of conditions must be met, among which the most important are the increase in the number of microorganisms in the volume of the bioreactor, effective mixing of the biomass to improve the contact of microorganisms with biomass particles, and stable maintenance of the biomass temperature.

Увеличение количества микроорганизмов в известном патенте на изобретение RU 2377191, МПК C02F 3/00, опубл. 27.12.2009 (конвенционный приоритет: 29.10.2003 DE 10350502.4), обеспечивается за счет иммобилизации микроорганизмов в неподвижном слое, который выполнен в виде расположенных параллельно несущих элементов, находящихся в средней части биореактора. Несущие элементы выполнены в виде плит и расположены параллельно, так что между этими несущими элементами в вертикальном направлении имеются пути протекания.The increase in the number of microorganisms in the known patent for invention RU 2377191, IPC C02F 3/00, publ. 12/27/2009 (convention priority: 10/29/2003 DE 10350502.4), is ensured by the immobilization of microorganisms in a fixed layer, which is made in the form of parallel supporting elements located in the middle of the bioreactor. The load-bearing elements are made in the form of plates and are arranged in parallel, so that there are flow paths between these load-bearing elements in the vertical direction.

Несущие элементы выполнены пористыми для протекания и из материала, образованного, по существу, соединенными между собой полимерными и керамзитовыми частицами. Плиты расположены друг от друга на расстоянии 3-6 см, в частности предпочтительно расстояние в 3,5-5,5 см. Несущие элементы расположены, если смотреть сверху на поперечное сечение реактора, тангенциально в пакетах, образующих сегменты шестиугольника. Другие расположения также возможны, например расположения прямоугольных пакетов, пакетов с основной формой многоугольника или расположения с криволинейными плитами. На несущих элементах при работе реактора происходит обрастание микроорганизмами.Bearing elements are made porous for flowing from a material formed essentially of interconnected polymer and expanded clay particles. The plates are located at a distance of 3-6 cm from each other, in particular, a distance of 3.5-5.5 cm is preferred. The supporting elements are located, when viewed from above at the cross section of the reactor, tangentially in packets forming hexagon segments. Other arrangements are also possible, for example arrangements of rectangular packets, packets with a basic polygon shape, or arrangements with curved tiles. On the supporting elements during reactor operation fouling by microorganisms occurs.

Доля объема биореактора, занятая несущими элементами с микроорганизмами, в биореакторе по патенту RU 2377191 составляет 15-40%, что снижает его производительность.The proportion of the volume of the bioreactor occupied by the bearing elements with microorganisms in the bioreactor according to the patent RU 2377191 is 15-40%, which reduces its productivity.

Известны устройства для механического перемешиванием биомассы, которые обеспечивают повышение эффективности сбраживания биомассы в биореакторах, см., например, RU 2664457 С1, МПК C02F 11/04, С12М 1/02, С12М 1/107, С12М 1/38, опубл. 17.08.2018; RU 2651940 C1I, С12М 1/02, С12М 1/107, С12М 1/36, C02F 11/04, опубл. 24.04.2018. Однако механическое перемешивание не может быть использовано с биореакторах с неподвижными носителями микроорганизмов.Known devices for mechanical mixing of biomass, which increase the efficiency of fermentation of biomass in bioreactors, see, for example, RU 2664457 C1, IPC C02F 11/04, C12M 1/02, C12M 1/107, C12M 1/38, publ. 08/17/2018; RU 2651940 C1I, С12М 1/02, С12М 1/107, С12М 1/36, C02F 11/04, publ. 04/24/2018. However, mechanical mixing cannot be used with bioreactors with fixed carriers of microorganisms.

Известны также устройства для регулировки температуры биомассы. Так в биореакторе по патенту на полезную модель RU 118963 U1, МПК С12М 1/00, опубл. 10.08.2012, устройство для прогрева биомассы содержит теплообменник, выполненный в виде системы труб, размещенной внутри корпуса биореактора, что уменьшает полезный объем биореактора.Also known are devices for adjusting biomass temperature. So in the bioreactor according to the patent for utility model RU 118963 U1, IPC С12М 1/00, publ. 08/10/2012, a device for heating the biomass contains a heat exchanger made in the form of a pipe system located inside the bioreactor body, which reduces the useful volume of the bioreactor.

Известна биореакторная установка, входящая в состав биогазовой установки по патенту RU 2595426, МПК С12М 1/107, С12М 1/36, C02F 11/04, опубл. 27.08.2016, принятая в качестве прототипа, которая содержит группу однотипных параллельно работающих вертикальных трубчатых биореакторов. Каждый из биореакторов содержит биофильтр в виде заселенных микроорганизмами несущих элементов, создающих вертикальные протоки для биомассы. Несущие элементы выполнены в виде коаксиально расположенных цилиндрических каркасов, на наружной и/или внутренней поверхности которых установлен слой материала с пористой структурой для удерживания анаэробных микроорганизмов. Цилиндрические каркасы поддерживаются на расстоянии друг от друга 3-6 см с помощью распорных стержней. Температурный режим работы в биореакторах обеспечивается подачей биомассы, подогретой до заданной температуры и выполнением биореакторов с термоизоляцией, что не обеспечивает стабильности поддержания заданной температуры биомассы и ухудшает качество переработки сырья. Кроме того, конструкция несущих элементов в виде коаксиально расположенных цилиндрических каркасов не обеспечивает качественное перемешивание биомассы.Known bioreactor plant, which is part of a biogas plant according to patent RU 2595426, IPC С12М 1/107, С12М 1/36, C02F 11/04, publ. 08/27/2016, adopted as a prototype, which contains a group of parallel vertical working tubular bioreactors of the same type. Each of the bioreactors contains a biofilter in the form of load-bearing elements populated by microorganisms that create vertical channels for biomass. Bearing elements are made in the form of coaxially arranged cylindrical frames, on the outer and / or inner surface of which a layer of material with a porous structure is installed to hold anaerobic microorganisms. Cylindrical frames are supported at a distance of 3-6 cm from each other using spacer rods. The temperature mode of operation in bioreactors is ensured by supplying biomass heated to a predetermined temperature and performing bioreactors with thermal insulation, which does not ensure the stability of maintaining a given biomass temperature and affects the quality of processing of raw materials. In addition, the design of the supporting elements in the form of coaxially arranged cylindrical frames does not provide high-quality mixing of biomass.

В основу настоящего изобретения положена задача создания биореакторной установки, обеспечивающей повышение производительности и качества переработки биомассы, а также расширение ее функциональных возможностей по сзданию различных по производительности биогазовых установок.The basis of the present invention is the creation of a bioreactor installation that provides increased productivity and quality of biomass processing, as well as expanding its functional capabilities for commissioning biogas plants of various productivity.

Указанная задача решается тем, что в биореакторной установке, содержащей группу однотипных параллельно работающих биореакторов, причем каждый из биореакторов снабжен выходным патрубком, крышкой с входным патрубком и патрубком выхода газа, и содержит заселенный микроорганизмами биофильтр, согласно изобретению, на крышке каждого биореактора дополнительно установлен распределительный узел, подключенный к входному патрубку, корпус каждого биореактора имеет форму вертикально ориентированного прямоугольного параллелепипеда с автоматически регулируемым водяным обогревом, выполненным в виде контуров обогрева из труб, которые снабжены теплоизоляцией и расположены на торцевых и на одной из боковых стенок корпуса биореактора, корпуса биореакторов последовательно состыкованы боковыми стенками, снабженными контуром обогрева, с боковыми стенками без контура обогрева другого биореактора, боковая стенка с контуром обогрева крайнего биореактора закрыта панелью без контура отопления, а боковая стенка без контура обогрева другого крайнего биореактора закрыта панелью, снабженной контуром обогрева, корпус каждого биореактора внутри разделен вертикальными продольными и поперечными ребрами жесткости на секции, в которых установлены элементы биофильтра в виде блоков биологической загрузки, при этом блок биологической загрузки содержит модули, образованные из вертикально ориентированных элементов трубчатой формы, выполненных из полимерного материала с микропористой структурой, обеспечивающей сквозное проникновение микроорганизмов, элементы модулей скреплены по продольным торцовым поверхностям, модули расположены слоями, при этом элементы модулей, расположенные в смежных слоях, смещены в горизонтальной плоскости на половину поперечного размера элемента и имеют зазор между слоями. Технический результат достигается также тем, что:This problem is solved in that in a bioreactor installation containing a group of parallel operating bioreactors of the same type, each of the bioreactors is equipped with an outlet pipe, a cover with an inlet pipe and a gas outlet pipe, and contains a micro filter inhabited by microorganisms, according to the invention, an additional distribution valve is installed on the cover of each bioreactor the node connected to the inlet pipe, the body of each bioreactor has the shape of a vertically oriented rectangular parallelepiped with automatic controlled water heating, made in the form of heating circuits from pipes that are insulated and located on the end and on one of the side walls of the bioreactor body, the bioreactor bodies are sequentially joined by side walls equipped with a heating circuit, with side walls without a heating circuit of another bioreactor, side the wall with the heating circuit of the last bioreactor is closed by a panel without a heating circuit, and the side wall without the heating circuit of the other extreme bioreactor is closed by a panel, equipped with According to the heating circuit, the casing of each bioreactor inside is divided by vertical longitudinal and transverse stiffeners into sections in which the biofilter elements are installed in the form of biological loading units, while the biological loading unit contains modules formed of vertically oriented tubular shaped elements made of polymer material with microporous structure, ensuring the through penetration of microorganisms, the elements of the modules are fastened along the longitudinal end surfaces, the modules p layered, while the elements of the modules located in adjacent layers are offset in the horizontal plane by half the transverse dimension of the element and have a gap between the layers. The technical result is also achieved by the fact that:

- распределительный узел биомассы содержит подключенные к входному патрубку распределительные камеры, к каждой из которых подключены, по крайней мере, две форсунки, снабженные патрубками прочистки;- the biomass distribution unit contains distribution chambers connected to the inlet pipe, each of which is connected to at least two nozzles equipped with cleaning pipes;

- регулировку температуры биомассы внутри каждого биореактора обеспечивают путем автоматической регулировки температуры воды, поступающей в контуры обогрева, по данным датчиков температуры, установленных в контурах обогрева и внутри биореакторов;- adjustment of the biomass temperature inside each bioreactor is ensured by automatically adjusting the temperature of the water entering the heating circuits, according to the temperature sensors installed in the heating circuits and inside the bioreactors;

- на одной из боковых сторон модулей блока биологической загрузки установлены элементы с половинным размером поперечного сечения, при этом стороны модулей с половинами элементов в смежных слоях направлены в противоположные стороны;- on one of the sides of the modules of the biological loading unit installed elements with half the size of the cross section, while the sides of the modules with half the elements in adjacent layers are directed in opposite directions;

- угловые полноразмерные элементы модуля блока биологической загрузки длиннее остальных элементов на величину зазора между слоями;- angular full-sized elements of the module of the biological loading unit are longer than the rest of the elements by the size of the gap between the layers;

- биореактор снабжен двумя выходными патрубками.- the bioreactor is equipped with two outlet pipes.

Повышение производительности и качества переработки биомассы достигается за счет увеличения количества микроорганизмов и улучшения перемешивания биомассы в биофильтрах биореакторов, а также стабилизацией температурного режим биомассы во всем объеме биореакторной установки. Расширение функциональных возможностей биореакторной установки обеспечивается возможностью ее комплектования тем количеством биореакторов, которое соответствует по производительности проектируемой установки.Improving the productivity and quality of biomass processing is achieved by increasing the number of microorganisms and improving the mixing of biomass in biofilters biofilters, as well as by stabilizing the temperature regime of biomass in the entire volume of the bioreactor installation. The expansion of the functionality of the bioreactor installation is ensured by the possibility of completing it with the number of bioreactors that corresponds to the productivity of the designed installation.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

на фиг. 1 - биореакторная установка, общий вид;in FIG. 1 - bioreactor installation, General view;

на фиг. 2 - биореактор, вид с боковой стороны без контура обогрева;in FIG. 2 - bioreactor, side view without heating circuit;

на фиг. 3 - биореактор, вид с торцевой стороны;in FIG. 3 - bioreactor, view from the front side;

на фиг. 4 - разрез А-А по горизонтали изображения биореактора на фиг. 2;in FIG. 4 is a section A-A in the horizontal direction of the bioreactor image in FIG. 2;

на фиг. 5 - разрез Б-Б по вертикали изображения биореактора на фиг. 3;in FIG. 5 is a section BB along the vertical image of the bioreactor in FIG. 3;

на фиг. 6 - контур водяного обогрева на боковой стенке;in FIG. 6 - water heating circuit on the side wall;

на фиг. 7 - распределительный узел, вид сверху со снятым кожухом;in FIG. 7 - distribution unit, top view with the casing removed;

на фиг. 8 - распределительный узел, вид сбоку;in FIG. 8 - distribution unit, side view;

на фиг. 9 - модули в смежных слоях, общий вид;in FIG. 9 - modules in adjacent layers, general view;

на фиг. 10 - вид сверху на модули, изображенные на фиг. 9.in FIG. 10 is a plan view of the modules depicted in FIG. 9.

Биореакторная установка 1 содержит группу однотипных параллельно работающих биореакторов 2. Количество биореакторов определяется заданной производительности проектируемой биореакторной установки. Корпус каждого биореактора имеет форму вертикально ориентированного прямоугольного параллелепипеда и снабжен водяным обогревом, выполненным в виде контуров обогрева 3 из труб. Теплоноситель циркулирует в контурах обогрева через патрубки 4 для подвода и патрубки 5 для отвода теплофикационной воды. Количество контуров и расстояние между соседними элементами контуров выбирают из условия равномерного обогрева поверхности стенок корпуса. На фиг. 6 приведен пример выполнения контура обогрева боковой стенки биореактора в виде двух параллельных контуров трубопровода.Bioreactor installation 1 contains a group of parallel operating bioreactors of the same type 2. The number of bioreactors is determined by the specified productivity of the designed bioreactor installation. The case of each bioreactor has the shape of a vertically oriented rectangular parallelepiped and is equipped with water heating, made in the form of heating circuits 3 of pipes. The coolant circulates in the heating circuits through nozzles 4 for supply and nozzles 5 for removal of heating water. The number of circuits and the distance between adjacent circuit elements is selected from the condition of uniform heating of the surface of the walls of the housing. In FIG. Figure 6 shows an example of a heating circuit of the side wall of a bioreactor in the form of two parallel piping circuits.

При этом ширину биореактора выбирают из условия быстрого прогревания биомассы по всей ширине биореактора, предпочтительно в диапазоне от 600 до 800 мм. Контура обогрева 3 снабжены теплоизоляцией и расположены на торцевых 6 и на одной из боковых стенок 7 корпусов биореактора. На другой боковой стенке 8 контур обогрева не установлен. Корпуса биореакторов 2 последовательно состыкованы боковыми стенками 7, снабженными контуром обогрева, с боковыми стенками 8 без контура обогрева другого биореактора. Боковая стенка без контура обогрева крайнего биореактора закрыта панелью 9, снабженной контуром обогрева, а боковая стенка с контуром обогрева другого крайнего биореактора закрыта панелью 10 без контура отопления. Соединение биореакторов между собой и присоединение панелей производится, например, с помощью фланцев 11. Такое конструктивное решение системы обогрева упрощает монтаж биореакторов в единую установку, при этом в собранном виде обеспечивается обогрев каждого из биореакторов со всех сторон.The width of the bioreactor is selected from the condition of rapid heating of the biomass over the entire width of the bioreactor, preferably in the range from 600 to 800 mm. The heating circuit 3 is provided with thermal insulation and is located on the end 6 and on one of the side walls 7 of the bioreactor bodies. On the other side wall 8, the heating circuit is not installed. The bioreactor bodies 2 are sequentially joined by the side walls 7 provided with a heating circuit, with the side walls 8 without a heating circuit of another bioreactor. The side wall without a heating circuit of the extreme bioreactor is closed by a panel 9 provided with a heating circuit, and the side wall with a heating circuit of the other extreme bioreactor is closed by a panel 10 without a heating circuit. The bioreactors are connected to each other and the panels are connected, for example, using flanges 11. Such a constructive solution of the heating system simplifies the installation of bioreactors in a single installation, while the assembled form provides heating of each of the bioreactors from all sides.

Каждый из биореакторов 2 снабжен крышкой 12, на которой установлен подключенный к входному патрубку 13 распределительный узел 14, закрытый кожухом 15, и патрубок 16 выхода газа. Для обеспечения более равномерного выхода отработанного сырья биореакторы могут быть снабжены двумя выходными патрубками 17 и 18 (см. фиг. 2).Each of the bioreactors 2 is equipped with a cover 12, on which a distribution unit 14 connected to the inlet pipe 13 is installed, closed by a casing 15, and a gas outlet pipe 16. To ensure a more uniform yield of spent raw materials, bioreactors can be equipped with two outlet pipes 17 and 18 (see Fig. 2).

Распределительный узел 14 (см. фиг. 7 и фиг. 8) предназначен для равномерного распределения биомассы по поверхности биофильтра и содержит подключенные к входному патрубку распределительные камеры 19, к каждой из которых подключены, по крайней мере, две форсунки 20, снабженные патрубками 21 прочистки.The distribution unit 14 (see Fig. 7 and Fig. 8) is designed for uniform distribution of biomass over the surface of the biofilter and contains distribution chambers 19 connected to the inlet pipe, each of which is connected to at least two nozzles 20, equipped with cleaning pipes 21 .

Корпус каждого биореактора 2 внутри разделен (см. фиг. 4) вертикальными продольными 22 и поперечными 23 ребрами жесткости на секции, в которых установлены элементы биофильтра 24 в виде блоков 25 биологической загрузки (БЗ).The housing of each bioreactor 2 inside is divided (see Fig. 4) by vertical longitudinal 22 and transverse 23 stiffeners into sections in which the elements of the biofilter 24 are installed in the form of blocks 25 of the biological load (BZ).

Каждый блок БЗ содержит модули 26 для заселения микроорганизмами, которые расположены слоями. На фиг. 9 приведены два модуля 27 и 28, расположенные в смежных слоях. Каждый модуль образован из вертикально ориентированных элементов 29 трубчатой формы, скрепленных по продольным торцовым поверхностям. На фиг. 9 в качестве примера приведены модули в виде прямоугольных параллелепипедов с элементами 29 цилиндрической формы с диаметром D. Форма поперечного сечения элемента может быть и другой, например, квадратной или эллиптической. Величина зазора Δ между слоями обеспечивается за счет изготовления полноразмерных угловых элементов 30 модуля длиннее остальных элементов в слое на величину зазора между слоями. Одновременно эти элементы являются опорными. На одной из боковых сторон модулей установлены элементы 31 с половинным размером поперечного сечения D/2, при этом стороны модулей с элементами 31 в смежных слоях 27 и 28 направлены в противоположные стороны. Такое взаимное положение модулей обеспечивает смещение элементов модулей, расположенных в смежных слоях, в горизонтальной плоскости на половину диаметра D/2, что приводит к образованию парциальных каналов 32 (см. фиг. 10).Each BZ block contains modules 26 for colonization by microorganisms, which are arranged in layers. In FIG. Figure 9 shows two modules 27 and 28 located in adjacent layers. Each module is formed of vertically oriented elements 29 of a tubular shape, fastened along the longitudinal end surfaces. In FIG. Figure 9 shows, as an example, modules in the form of rectangular parallelepipeds with cylindrical elements 29 with a diameter D. The cross-sectional shape of the element may also be different, for example, square or elliptical. The size of the gap Δ between the layers is ensured by the manufacture of full-sized corner elements 30 of the module longer than the remaining elements in the layer by the amount of the gap between the layers. At the same time, these elements are supporting. Elements 31 are installed on one of the sides of the modules with half the cross-sectional dimension D / 2, while the sides of the modules with elements 31 in adjacent layers 27 and 28 are directed in opposite directions. This relative position of the modules provides a displacement of the elements of the modules located in adjacent layers in the horizontal plane by half the diameter D / 2, which leads to the formation of partial channels 32 (see Fig. 10).

Элементы модулей выполняют из полимерного материала толщиной 5-10 мм с микропористой структурой, поры которого приспособлены для заселения микроорганизмами, например из полиэтилена низкого давления. Заселение микроорганизмов как на поверхности, так и в порах глубинных слоев элементов модуля приводит к увеличению их количества, что ускоряет процесс анаэробной переработки биомассы.The elements of the modules are made of a polymer material with a thickness of 5-10 mm with a microporous structure, the pores of which are adapted for colonization by microorganisms, for example, from low-pressure polyethylene. The population of microorganisms both on the surface and in the pores of the deep layers of module elements leads to an increase in their number, which accelerates the process of anaerobic processing of biomass.

Подготовленная биомасса подается сверху в каждый из биореакторов 2, которые работают автономно. Биомасса с помощью распределительного узла 14 равномерно распределяется по всей поверхности верхних модулей блоков БЗ. В каждом блоке БЗ биомасса движется через протоки, образованные элементами модуля первого слоя, и через зазор между модулем первого и второго слоя попадает в элементы модуля второго слоя, расположенные со смещения в горизонтальной плоскости на половину диаметра элемента D/2. При этом происходит пассивное перемешивание биомассы как в зазоре между модулями, так и за счет разделения каждого потока биомассы, прошедшего через протоки, образованные элементами модуля первого слоя, на парциальные потоки 32, образующиеся за счет осевого смещения элементов модуля второго слоя. Последующее перемешивание биомассы в нижележащих модулях происходит аналогичным образом. При этом, чем больше количество слоев модулей, тем качественнее перемешивание.The prepared biomass is fed from above into each of the bioreactors 2, which operate autonomously. Biomass with the help of the distribution node 14 is evenly distributed over the entire surface of the upper modules of the blocks BZ. In each block of the biomass, the biomass moves through the channels formed by the module elements of the first layer, and through the gap between the module of the first and second layer it enters the module elements of the second layer, located at a horizontal plane offset by half the diameter of the D / 2 element. In this case, passive mixing of biomass occurs both in the gap between the modules and due to the separation of each biomass stream passing through the channels formed by the module elements of the first layer into partial streams 32, which are formed due to the axial displacement of the module elements of the second layer. Subsequent mixing of biomass in the underlying modules occurs in a similar way. Moreover, the greater the number of layers of modules, the better mixing.

При практической реализации блока БЗ с модулем в 6,5*6 элементов с диаметром D=50 мм, высотой - 300 мм и величиной зазора Δ=50 мм эффективное перемешивание достигается при размещении модулей не менее, чем в 12 слоев.In the practical implementation of the BZ block with a module of 6.5 * 6 elements with a diameter of D = 50 mm, a height of 300 mm and a gap of Δ = 50 mm, effective mixing is achieved when the modules are placed in at least 12 layers.

Температурный режим работы в биореакторах обеспечивается подачей подогретой биомассы и регулировкой температуры биомассы внутри каждого биореактора путем автоматической регулировки температуры воды, по данным датчиков температуры 33 и 34, установленных в контурах обогрева и внутри биореакторов.The temperature mode of operation in bioreactors is provided by supplying heated biomass and adjusting the biomass temperature inside each bioreactor by automatically adjusting the water temperature, according to temperature sensors 33 and 34, installed in the heating circuits and inside the bioreactors.

Увеличенное количества микроорганизмов в биофильтре, улучшенное перемешивание биомассы в объеме биореактора и поддержание постоянной температуры биомассы обеспечивают ускорение процесса анаэробной переработки биомассы и повышают производительность биореакторной установки.The increased number of microorganisms in the biofilter, improved mixing of biomass in the volume of the bioreactor and maintaining a constant biomass temperature accelerate the process of anaerobic processing of biomass and increase the productivity of the bioreactor installation.

При внутренних измерениях биореактора: длина - 2,5 м, ширина - 0,7 м и высота - от 3,6 м до 6 м, объем одного биореактора составляет от 6,3 м3 до 10,5 м3. С учетом объема, занимаемого элементами биофильтра, биореакторная установка с возможностью комплектования до 10 биореакторов перекрывает объем единовременно перерабатываемого сырья до 50 м3, что расширяет функциональные возможности биореакторной установки по использованию в малых и средних фермерских хозяйствах.For internal measurements of the bioreactor: length - 2.5 m, width - 0.7 m and height - from 3.6 m to 6 m, the volume of one bioreactor is from 6.3 m 3 to 10.5 m 3 . Taking into account the volume occupied by the biofilter elements, the bioreactor installation with the possibility of picking up to 10 bioreactors covers the volume of raw materials processed up to 50 m 3 , which expands the functionality of the bioreactor installation for use in small and medium-sized farms.

Claims (6)

1. Биореакторная установка для анаэробной обработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и биогаза, содержащая группу однотипных параллельно работающих биореакторов, причем каждый из биореакторов снабжен выходным патрубком для отработанного сырья, крышкой с входным патрубком для биомассы и патрубком выхода биогаза, и содержит заселенный микроорганизмами биофильтр, отличающаяся тем, что на крышке каждого биореактора дополнительно установлен распределительный узел биомассы, подключенный к входному патрубку, корпус каждого биореактора имеет форму вертикально ориентированного прямоугольного параллелепипеда с автоматически регулируемым водяным обогревом, выполненным в виде контуров обогрева из труб, которые снабжены теплоизоляцией и расположены на торцевых и на одной из боковых стенок корпуса биореактора, корпуса биореакторов последовательно состыкованы боковыми стенками, снабженными контуром обогрева, с боковыми стенками без контура обогрева другого биореактора, боковая стенка с контуром обогрева крайнего биореактора закрыта панелью без контура отопления, а боковая стенка без контура обогрева другого крайнего биореактора закрыта панелью, снабженной контуром обогрева, корпус каждого биореактора внутри разделен вертикальными продольными и поперечными ребрами жесткости на секции, в которых установлены элементы биофильтра в виде блоков биологической загрузки, при этом блок биологической загрузки содержит модули, образованные из вертикально ориентированных элементов трубчатой формы, выполненных из полимерного материала с микропористой структурой, обеспечивающей сквозное проникновение микроорганизмов, элементы модулей скреплены по продольным торцовым поверхностям, модули расположены слоями, при этом элементы модулей, расположенные в смежных слоях, смещены в горизонтальной плоскости на половину поперечного размера элемента и имеют зазор между слоями.1. Bioreactor installation for anaerobic treatment of organic waste of animal and vegetable origin with the production of organic fertilizers and biogas, containing a group of the same type of parallel working bioreactors, each of the bioreactors equipped with an outlet pipe for spent raw materials, a cover with an inlet pipe for biomass and a biogas outlet pipe, and contains a biofilter populated by microorganisms, characterized in that on the cover of each bioreactor an additional biomass distribution unit is installed connected to the inlet pipe, the body of each bioreactor has the form of a vertically oriented rectangular parallelepiped with automatically controlled water heating, made in the form of heating circuits from pipes that are insulated and located on the end and on one of the side walls of the bioreactor body, the bioreactor bodies are sequentially connected side walls equipped with a heating circuit, with side walls without a heating circuit of another bioreactor, a side wall with a heating circuit the bioreactor is closed by a panel without a heating circuit, and the side wall without a heating circuit of the other extreme bioreactor is closed by a panel equipped with a heating circuit, the casing of each bioreactor inside is divided by vertical longitudinal and transverse stiffeners into sections in which biofilter elements are installed in the form of biological loading units, at This biological loading unit contains modules formed of vertically oriented tubular shaped elements made of polymeric material with micro Risto structure providing a through-penetration of microorganisms modules elements fastened on longitudinal end faces, the modules arranged in layers, with the elements of modules arranged in adjacent layers are offset horizontally by half the size of the cross-member and have a gap between the layers. 2. Биореакторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что распределительный узел биомассы содержит подключенные к входному патрубку распределительные камеры, к каждой из которых подключены по крайней мере две форсунки, снабженные патрубками прочистки.2. Bioreactor installation according to claim 1, characterized in that the biomass distribution unit comprises distribution chambers connected to the inlet pipe, each of which has at least two nozzles equipped with cleaning pipes. 3. Биореакторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчики температуры, установленные в контурах обогрева и внутри биореакторов.3. Bioreactor installation according to claim 1, characterized in that it further comprises temperature sensors installed in the heating circuits and inside the bioreactors. 4. Биореакторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что на одной из боковых сторон модулей блока биологической загрузки установлены элементы с половинным размером поперечного сечения, при этом стороны модулей с половинами элементов в смежных слоях направлены в противоположные стороны.4. Bioreactor installation according to claim 1, characterized in that on one of the sides of the modules of the biological loading unit there are elements with half cross-sectional size, while the sides of the modules with half the elements in adjacent layers are directed in opposite directions. 5. Биореакторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что угловые полноразмерные элементы модуля блока биологической загрузки длиннее остальных элементов на величину зазора между слоями.5. Bioreactor installation according to claim 1, characterized in that the angular full-sized elements of the module of the biological loading unit are longer than the rest of the elements by the size of the gap between the layers. 6. Биореакторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый биореактор снабжен двумя выходными патрубками для отработанного сырья.6. Bioreactor installation according to claim 1, characterized in that each bioreactor is equipped with two outlet pipes for waste raw materials.
RU2018137745A 2018-10-25 2018-10-25 Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas RU2700490C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137745A RU2700490C1 (en) 2018-10-25 2018-10-25 Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas
CN201911014868.6A CN111115998B (en) 2018-10-25 2019-10-24 Bioreactor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137745A RU2700490C1 (en) 2018-10-25 2018-10-25 Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2700490C1 true RU2700490C1 (en) 2019-09-17

Family

ID=67989632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018137745A RU2700490C1 (en) 2018-10-25 2018-10-25 Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111115998B (en)
RU (1) RU2700490C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209379U1 (en) * 2021-07-06 2022-03-15 Баир Цыдыпович Санжимитупов biogas plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144004C1 (en) * 1993-03-25 2000-01-10 Хердинг ГмбХ Фильтертехник Bioreactor with fixed bed, carrier elements for such bioreactor and methods of their manufacture
RU2415913C1 (en) * 2009-10-27 2011-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Биотехконсалтинг" Extrusion bioreactor with membrane device for supplying and sterilising gas feed
RU134922U1 (en) * 2013-07-02 2013-11-27 Михаил Михайлович Пукемо LOADING DEVICE FOR A BIOREACTOR
RU158003U1 (en) * 2015-04-20 2015-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" (ООО "ЭВОБИОС") BIOLOGICAL DOWNLOAD UNIT
RU2595426C1 (en) * 2015-06-30 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" Method of processing organic wastes and biogas plant therefor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0100953B1 (en) * 1982-08-06 1986-01-15 UTB Umwelttechnik Buchs AG Fixed bed reactor for the treatment, especially the anaerobic treatment of sewage sludge or liquids heavily polluted with organic compounds
US7297274B2 (en) * 2001-10-24 2007-11-20 University Of Florida Research Foundation, Inc. Fixed-film anaerobic digestion of flushed waste
CN201305530Y (en) * 2008-12-12 2009-09-09 乐山佛州新能源开发有限公司 Honeycomb type biogas anaerobic digestion system
US20110318778A1 (en) * 2010-06-29 2011-12-29 Petersen Gert Bjoern Organic Substrate Treatment System
CN102092848B (en) * 2010-12-29 2012-08-22 中国农业大学 Anaerobic reactor of horizontal flow fixed bed
RU118963U1 (en) * 2011-11-10 2012-08-10 Петр Михайлович Пономаренко BIOGAS INSTALLATION
CN102583725B (en) * 2012-01-10 2013-11-13 林卫红 Anaerobic reactor for treating grease and dross
CN204848436U (en) * 2015-08-12 2015-12-09 甘肃新天亿环保工程有限公司 Solar energy anaerobic reactor device
CN207259234U (en) * 2017-09-19 2018-04-20 西纯环保科技（上海）有限公司 A kind of muddy water double-cycling anaerobic reactor
CN107651822B (en) * 2017-10-12 2020-12-29 汪深 Livestock and poultry manure liquid ecological treatment system and method
CN207891355U (en) * 2018-01-14 2018-09-21 山东科技大学 A kind of kitchen garbage constant temperature processing unit of CPU controls

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144004C1 (en) * 1993-03-25 2000-01-10 Хердинг ГмбХ Фильтертехник Bioreactor with fixed bed, carrier elements for such bioreactor and methods of their manufacture
RU2415913C1 (en) * 2009-10-27 2011-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Биотехконсалтинг" Extrusion bioreactor with membrane device for supplying and sterilising gas feed
RU134922U1 (en) * 2013-07-02 2013-11-27 Михаил Михайлович Пукемо LOADING DEVICE FOR A BIOREACTOR
RU158003U1 (en) * 2015-04-20 2015-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" (ООО "ЭВОБИОС") BIOLOGICAL DOWNLOAD UNIT
RU2595426C1 (en) * 2015-06-30 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" Method of processing organic wastes and biogas plant therefor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209379U1 (en) * 2021-07-06 2022-03-15 Баир Цыдыпович Санжимитупов biogas plant

Also Published As

Publication number Publication date
CN111115998B (en) 2022-04-26
CN111115998A (en) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102124992B (en) Factory circulating water fish culture system and using method thereof
US9181519B2 (en) Bioreactor
WO2011050472A1 (en) An apparatus, method and system for algae growth
RU2700490C1 (en) Bioreactor plant for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin to produce organic fertilizers and biogas
RU158003U1 (en) BIOLOGICAL DOWNLOAD UNIT
CN104925935B (en) A kind of microorganism species mother liquor incubator and sewage water treatment method thereof
RU2595426C1 (en) Method of processing organic wastes and biogas plant therefor
RU2707818C1 (en) Bioreactor of flow type for anaerobic treatment of organic wastes of animal and vegetable origin with production of organic fertilizers and biogas
CN103228579A (en) Apparatus and method for anaerobic treatment of wastewater
WO2005100266A1 (en) Micro bubble low turbulence sewage treatment method and apparatus
CN206553283U (en) A kind of wall-hanging phytomicroorganism deep purification of waste water processing unit
US11384329B2 (en) Photobioreactors, gas concentrators, and periodic surfaces
US11661572B2 (en) Photobioreactors, gas concentrators, and periodic surfaces
CN215712078U (en) Assembled modular wetland system
CN104058504A (en) Ecological energy sewage treatment system
CN204737777U (en) Microbial community mother liquor incubator
CN204958505U (en) Good oxygen undercurrent bed of multilayer
US20140251882A1 (en) Segmented biofiltration stacks
CN108946926B (en) Biochemical reactor based on MBF filler
CN206279054U (en) A kind of board-like biological fixed-bed wastewater treatment equipment
CN215924717U (en) Multi-surface accumulated water purifying device, purifying system and purifying experimental device
RU2533801C1 (en) Device for anaerobic and aerobic treatment of concentrated organic liquids
CN202272864U (en) Reaction zone device for optical energy biological culture system and photoreactor with reaction zone device
IT201700013252A1 (en) APPARATUS FOR THE TREATMENT OF POLLUTED FLUIDS
CN108862603B (en) Multi-section reticular basalt fiber embedded horizontal flow constructed wetland system