RU96118U1

RU96118U1 - BARBOTAGE TYPE BIORACTOR

Info

Publication number: RU96118U1
Application number: RU2010109546/22U
Authority: RU
Inventors: Денис Юрьевич Суслов; Леонид Анатольевич Кущев; Николай Юрьевич Никулин
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2010-07-20

Abstract

1. Биореактор, содержащий корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, слива готового удобрения, отвода биогаза, устройство для прогрева биомассы, барботажное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, выполнено барботажное устройство, включающее циркуляционную трубу прямоугольного сечения, установленную в центре корпуса, взаимодействующую с системой параллельных горизонтальных труб с отверстиями для выхода газа, расположенных у нижней плоскости циркуляционной трубы. ! 2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что патрубки для подачи перерабатываемой биомассы и слива готового удобрения размещены на противоположных торцевых стенках корпуса, причем выполнен уклон естественного схода переработанной биомассы от патрубка подачи к патрубку слива. 1. A bioreactor containing a housing with nozzles for feeding the processed biomass, draining the finished fertilizer, removing biogas, a device for heating biomass, a bubbling device, characterized in that, in order to increase productivity, a bubbling device is made, including a circulation pipe of rectangular cross-section, installed in in the center of the body, interacting with a system of parallel horizontal pipes with gas outlet openings located at the lower plane of the circulation pipe. ! 2. The bioreactor according to claim 1, characterized in that the branch pipes for supplying the processed biomass and draining the finished fertilizer are placed on opposite end walls of the housing, and a natural slope of the processed biomass is made from the supply pipe to the drain pipe.

Description

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к аппаратам для ферментативной переработки отходов растительного и животного происхождения, стеблей растений, навоза животных и птицы, сточных вод для получения биогаза и органического экологически чистого удобрения.The invention relates to biotechnology, and in particular to apparatus for the enzymatic processing of waste from plant and animal origin, plant stems, animal and bird manure, sewage to produce biogas and organic organic fertilizer.

Известен барботажный аппарат для выращивания микроорганизмов (см. а.с. 511, 1708829, МПК⁵ С12М 1/04), содержащий емкость с патрубками подвода и отвода среды и подвода и отвода газа. В емкости размещены циркуляционная труба и аэратор, представляющий собой перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус, обращенный основанием вверх и расположенный непосредственно у нижнего среза циркуляционной трубы. В аппарате обеспечены условия равномерного распределения газа по всему объему и эффективное диспергирование газожидкостного потока в зоне расположения аэратора.Known bubbler apparatus for growing microorganisms (see AS 511, 1708829, IPC ⁵ S12M 1/04), containing a container with pipes for supplying and discharging the medium and supplying and discharging gas. A circulation pipe and an aerator are placed in the tank, which is a perforated pipe in the form of a vertical spiral, the turns of which form a cone facing upward and located directly at the lower cut of the circulation pipe. The apparatus provides conditions for a uniform distribution of gas throughout the volume and effective dispersion of the gas-liquid flow in the area of the aerator.

Недостатками этого реактора является несколько сниженная производительность из-за отсутствия устройства прогрева биомассы, вследствие чего не поддерживаются оптимальные параметры температуры. Кроме того, недостаточно стабильно и полно идут процессы ферментации биомассы во всем ее объеме, так как патрубки подачи и слива расположены на одном уровне, а слив отферментированного субстрата происходит при подъеме уровня среды выше сливного патрубка во время загрузки новой порции биомассы, что ведет к попаданию ее в готовое удобрение.The disadvantages of this reactor is a slightly reduced productivity due to the lack of a biomass heating device, as a result of which the optimum temperature parameters are not supported. In addition, the processes of biomass fermentation in its entire volume are insufficiently stable and complete, since the supply and drain pipes are at the same level, and the fermented substrate is drained when the medium level rises above the drain pipe during loading of a new portion of biomass, which leads to her into finished fertilizer.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является метантенк для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, содержащий корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, слива готового удобрения, отвода биогаза, устройство для прогрева биомассы, барботажное устройство. Последнее включает вертикальный газопровод, переходящий в горизонтальные отводы, снабженные форсунками, и вертикальные трубы, размещенные в объеме биомассы и взаимодействующие с форсунками. Патрубки для подачи биомассы и слива готового удобрения размещены на одной торцовой стенке корпуса, устройство прогрева биомассы выполнено в виде узкого прямоугольного бака, заполненного подогреваемой водой с высотой, превышающей уровень заполнения корпуса биомассой. Узкий прямоугольный бак установлен по продольной оси корпуса, торцовой стенкой примыкая к торцовой стенке корпуса со стороны выгрузки, и на равном расстоянии от боковых стенок корпуса, совпадающем с расстоянием между вторыми торцовыми стенками узкого прямоугольного бака и корпуса. Горизонтальные отводы барботажного устройства установлены внизу прямоугольного бака вдоль боковых его стенок, а форсунки размещены равномерно по длине горизонтальных отводов, при этом узкий прямоугольный бак делит днище корпуса на два участка, выполненных с наклоном в противоположные стороны под углом естественного схода массы (см RU 2208004 МПК⁷ C05F 3/06, C05F 17/02, С12М 1/02).The closest technical solution to the claimed one is a digester for anaerobic digestion of liquefied organic waste, containing a casing with pipes for feeding the processed biomass, draining the finished fertilizer, biogas removal, a device for heating the biomass, a bubbler device. The latter includes a vertical gas pipeline passing into horizontal branches equipped with nozzles and vertical pipes placed in the biomass volume and interacting with nozzles. Pipes for supplying biomass and draining the finished fertilizer are placed on one end wall of the housing, the biomass heating device is made in the form of a narrow rectangular tank filled with heated water with a height exceeding the filling level of the housing with biomass. A narrow rectangular tank is installed along the longitudinal axis of the housing, with the end wall adjacent to the end wall of the housing from the discharge side, and at an equal distance from the side walls of the housing, which coincides with the distance between the second end walls of the narrow rectangular tank and the housing. The horizontal branches of the bubbler device are installed at the bottom of the rectangular tank along its side walls, and the nozzles are placed evenly along the length of the horizontal branches, while a narrow rectangular tank divides the bottom of the body into two sections made with an inclination in opposite directions at an angle of natural mass gathering (see RU 2208004 MPC ⁷ C05F 3/06, C05F 17/02, C12M 1/02).

Недостатком известного технического решения является образование застойных зон у стенок корпуса, что обусловлено расположением патрубков ввода разжиженных органических отходов и вывода перебродившей биомассы на одной торцевой стене. Кроме того, наблюдаются неравномерная циркуляция и, соответственно, перемешивание биомассы из-за малого диаметра вертикальных труб барботажного устройства и расположение их в центре корпуса, что приводит к неравномерному распределению температуры и популяции бактерий по всему объему реактора.A disadvantage of the known technical solution is the formation of stagnant zones at the walls of the housing, which is due to the location of the nozzles for the introduction of liquefied organic waste and the output of fermented biomass on one end wall. In addition, uneven circulation and, accordingly, mixing of biomass due to the small diameter of the vertical tubes of the bubbler device and their location in the center of the vessel are observed, which leads to an uneven distribution of temperature and bacteria population throughout the reactor volume.

Предложим биореактор барботажного типа, содержащий корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, слива готового удобрения, отвода биогаза, устройство для прогрева биомассы, барботажное устройство, отличающийся тем, что барботажное устройство состоит из циркуляционной трубы прямоугольного сечения, установленной в центре корпуса, взаимодействующей с системой параллельных горизонтальных труб с отверстиями для выхода газа, расположенных у нижней плоскости циркуляционной трубы, расположением патрубков для подачи перерабатываемой биомассы и слива готового удобрения на противоположных торцевых стенках корпуса и выполнением уклона естественного схода переработанной биомассы от патрубка подачи к патрубку слива.We offer a bubbler bioreactor containing a housing with pipes for feeding the processed biomass, draining the finished fertilizer, biogas removal, a device for heating the biomass, a bubbler device, characterized in that the bubbler device consists of a circular circulation tube installed in the center of the case, interacting with the system parallel horizontal pipes with gas outlets located at the lower plane of the circulation pipe, the location of the nozzles for supplying recycled biomass and draining the finished fertilizer on the opposite end walls of the body and bias the natural gathering of the processed biomass from the feed pipe to the drain pipe.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение интенсивности, стабильности и достижение полноты биохимических процессов за счет обеспечения оптимальных параметров температуры и полного, интенсивного перемешивания биомассы по всему объему, а также устранение застойных зон у стенок биореактора.The technical result of the claimed technical solution is to increase the intensity, stability and achieve the completeness of biochemical processes by ensuring optimal temperature parameters and complete, intensive mixing of biomass throughout the volume, as well as the elimination of stagnant zones at the walls of the bioreactor.

Технический результат достигается тем, что биореактор содержит корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы и слива готового удобрения, устройство для прогрева биомассы и барботажное устройство, включающее циркуляционную трубу прямоугольного сечения, установленную в центре корпуса, взаимодействующую с системой горизонтальных трубопроводов с отверстиями для выхода газа, расположенных параллельно у нижней плоскости циркуляционной трубы.The technical result is achieved by the fact that the bioreactor comprises a housing with nozzles for supplying the processed biomass and draining the finished fertilizer, a device for heating the biomass and a bubbler device including a circular circulation pipe installed in the center of the housing, interacting with a horizontal piping system with gas outlet openings, located parallel to the lower plane of the circulation pipe.

Выполнение корпуса биореактора с барботажным устройством, с размещением на противоположных торцевых стенках патрубков подачи исходного субстрата и слива готового удобрения, позволяет предотвратить образование застойных зон у стен реактора, обеспечивает полную и интенсивную переработку биомассы при стабильности температурного режима и интенсивном перемешивании за счет размещения циркуляционной трубы в центре корпуса и расположения у нижней плоскости этой трубы системы параллельных горизонтальных трубопроводов с отверстиями для выхода газа, которые создают разряжение внутри и вокруг циркуляционной трубы, приводя к циркуляции биомассы по всему объему корпуса.The implementation of the bioreactor body with a bubbler device, with the supply of the substrate and the discharge of the finished fertilizer on the opposite end walls of the pipes, prevents the formation of stagnant zones near the reactor walls, provides complete and intensive biomass processing with temperature stability and intensive mixing due to the placement of the circulation pipe in the center of the body and the location at the lower plane of this pipe of a system of parallel horizontal pipelines with holes for gas outlet, which create a vacuum in and around the circulation pipe, leading to the circulation of biomass throughout the body.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет установить наличие отличительных от прототипа признаков. Следовательно заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».Comparison of the proposed technical solutions with the prototype allows you to establish the presence of distinctive features from the prototype. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Анализ технических решений показал, что заявленная совокупность признаков, обеспечивающая повышение интенсивности, стабильности и полноты биохимических процессов за счет полного перемешивания биомассы и устранения застойных зон при их совокупности с другими элементами устройства неизвестна из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».Analysis of technical solutions showed that the claimed set of features, providing increased intensity, stability and completeness of biochemical processes due to complete mixing of biomass and elimination of stagnant zones when combined with other elements of the device is unknown from the prior art and, therefore, meets the criterion of "inventive step".

Биореактор барботажного типа содержит прямоугольный корпус 1 с патрубком 2 для подачи перерабатываемой массы, патрубком 3 для слива готового удобрения, патрубком 4 для отвода получаемого биогаза, установленного на верхней плоскости корпуса 1. В корпусе 1 размещено устройство для прогрева биомассы, представляющее собой узкий прямоугольный бак 5, который установлен по продольной оси корпуса на равном расстоянии от боковых стенок корпуса, пространство которого заполнено водой, подогреваемой, например, с помощью ТЭНов. В корпусе 1 так же предусмотрено барботажное устройство, состоящее из трубы прямоугольного сечения 6, установленной в центре корпуса, которая выполняет функцию циркуляционной трубы, системы горизонтальных трубопроводов 7 с отверстиями для выхода газа 8, расположенных параллельно у нижней плоскости циркуляционной трубы.The bubbler bioreactor contains a rectangular housing 1 with a nozzle 2 for feeding the processed mass, a nozzle 3 for draining the finished fertilizer, a nozzle 4 for removing the biogas obtained, installed on the upper plane of the housing 1. In the housing 1 there is a device for heating the biomass, which is a narrow rectangular tank 5, which is installed along the longitudinal axis of the housing at an equal distance from the side walls of the housing, the space of which is filled with water, heated, for example, using heating elements. A bubbler device is also provided in the housing 1, consisting of a pipe of rectangular cross section 6 installed in the center of the housing, which performs the function of a circulation pipe, a system of horizontal pipelines 7 with gas outlet openings 8 located parallel to the lower plane of the circulation pipe.

Биореактор работает следующим образом.The bioreactor operates as follows.

В корпус 1 через патрубок 2 подают перерабатываемую биомассу с влажностью 90-95%, по окончании процесса отферментированная среда выводится через патрубок 3. Дно корпуса 1, выполненное с уклоном естественного схода массы в сторону выхода готового удобрения, облегчает прохождение биомассы от загрузки к выходному патрубку 3 и ускоряет процесс заполнения корпуса 1 биомассой. Прямоугольный бак 5 устройства прогрева биомассы заполняют водой и подогревают ее, например, ТЭНом до оптимальной температуры процесса 35-40 С. Биомассу нагревают до требуемой температуры, выдерживают в корпусе 1 в течение 7-10 дней для ее сбраживания и полной переработки в готовое экологически чистое удобрение с получением биогаза. Биогаз собирается в верхней части корпуса 1 и через патрубок 4 направляется к газгольдеру для дальнейшего потребления, а часть - на циркуляцию в систему трубопроводов 7 через подающий труборовод 9. Побуждение циркуляционного газа осуществляется компрессором. Биогаз, проходя через отверстия 8, создает разряжение внутри и вокруг циркуляционной трубы 6, и за счет эжекции происходит циркуляция прогретой биомассы в корпусе 1, обеспечивая полноту процесса ферментации биомассы, предотвращая образование корок на поверхности бродильной массы и улучшая газоотделение.The processed biomass with a moisture content of 90-95% is fed into the housing 1 through the nozzle 2, at the end of the process, the fermented medium is discharged through the nozzle 3. The bottom of the housing 1, made with a slope of the natural mass gathering towards the outlet of the finished fertilizer, facilitates the passage of biomass from loading to the outlet nozzle 3 and speeds up the process of filling the housing 1 with biomass. The rectangular tank 5 of the biomass heating device is filled with water and heated, for example, with a heating element to the optimum process temperature of 35-40 C. The biomass is heated to the required temperature, kept in the housing 1 for 7-10 days for fermentation and complete processing into a ready-made environmentally friendly fertilizer with biogas production. Biogas is collected in the upper part of the housing 1 and sent through a pipe 4 to a gas tank for further consumption, and part is circulated into a piping system 7 through a supply pipe 9. The circulation gas is driven by a compressor. Biogas, passing through openings 8, creates a vacuum inside and around the circulation pipe 6, and due to ejection, the heated biomass is circulated in the housing 1, ensuring the completeness of the biomass fermentation process, preventing the formation of crusts on the surface of the fermentation mass and improving gas separation.

Выполнение системы горизонтальных трубопроводов 7 параллельно у нижней плоскости циркуляционной трубы с равномерно расположенными отверстиями 8 позволяет равномерно распределять струи и пузырьки газа по сечению циркуляционной трубы.The implementation of the system of horizontal pipelines 7 in parallel at the lower plane of the circulation pipe with evenly spaced openings 8 allows you to evenly distribute jets and gas bubbles over the cross section of the circulation pipe.

Таким образом, интенсивное перемешивание биомассы и распределение популяции бактерий по всему объему реактора позволит, по сравнению с прототипом, повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в биореакторе, а так же обеспечить более высокий прирост производительности по целевому продукту (выход биогаза и экологически чистого удобрения).Thus, intensive mixing of the biomass and the distribution of the bacterial population throughout the reactor volume will allow, in comparison with the prototype, to increase the intensity, stability and completeness of biochemical processes in the bioreactor, as well as to provide a higher productivity increase for the target product (biogas output and environmentally friendly fertilizer )

Claims

1. Bioreactor containing a housing with nozzles for feeding the processed biomass, draining the finished fertilizer, biogas removal, a device for heating the biomass, a bubbler device, characterized in that, in order to increase productivity, a bubbler device is made, including a circular circulation pipe installed in the center of the housing, interacting with a system of parallel horizontal pipes with gas outlet openings located at the bottom plane of the circulation pipe.

2. The bioreactor according to claim 1, characterized in that the nozzles for supplying the processed biomass and draining the finished fertilizer are placed on opposite end walls of the housing, and the slope of the natural gathering of the processed biomass from the feed nozzle to the drain nozzle is made.