SK9637Y1 - Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu - Google Patents
Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu Download PDFInfo
- Publication number
- SK9637Y1 SK9637Y1 SK50005-2022U SK500052022U SK9637Y1 SK 9637 Y1 SK9637 Y1 SK 9637Y1 SK 500052022 U SK500052022 U SK 500052022U SK 9637 Y1 SK9637 Y1 SK 9637Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- biogas
- biosubstrate
- bioreactor
- liquid
- continuous production
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 21
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 title claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 9
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 8
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 230000002550 fecal effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000002137 ultrasound extraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 18
- 239000010802 sludge Substances 0.000 abstract description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 2
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000203067 Methanobacteriales Species 0.000 description 1
- 241000203361 Methanococcales Species 0.000 description 1
- 241000203404 Methanomicrobiales Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010806 kitchen waste Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003895 organic fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000011012 sanitization Methods 0.000 description 1
- 239000004460 silage Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Opísaný je bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu pozostávajúci z hermetizovanej nádoby (28), ktorá stojí na pevnej nadzemnej základovej konštrukcii (29), zvrchu ju zakrýva kužeľová kupola (27) a zboku je do nej zapustený násypný lievik (1) a výpustný lievik (7) s hrdlom a výpustom s fekálnou koncovkou (14). Na dne nádoby (28) je cez hriadeľ (21) s elektromotorom (18) osadená stierka (15) s odkaľovacím potrubím (17) a fekálnou pákovou koncovkou (16). Pod kužeľovou kupolou (27) je umiestnený výpustný plynový ventil (3) s poistným ventilom (2) pretlaku.
Description
Oblasť techniky
Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu je zariadenie na využívanie biologicky rozložiteľného odpadu ako obnoviteľného zdroja energie. Technické riešenie sa týka zariadenia na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu v reaktore s riadiacimi prvkami, snímačmi zloženia plynu a biologického zloženia biosubstrátu a následne sofistikovanou úpravou zloženia biosubstrátu inokuláciou vhodnými baktériami a prísadami enzýmov a živín, a tým urýchlenia a intenzifikácie procesu plynofikácie. Celý proces je kontinuálny, riadený počítačom s unikátnym softvérom, ktorý kombinuje a dávkuje príslušné ingridienty. Technické riešenie patrí do oblasti alternatívnych zdrojov energie.
Doterajší stav techniky
Výroba bioplynu z biologicky rozložiteľných látok je známa niekoľko tisícročí, známe sú nálezy jamových reaktorov bioplynu v Číne z historického obdobia, kde sa zvieracie aj ľudské exkrementy rúrkami vpúšťali do jamy s utesneným vekom, z ktorého bol potrubný vývod bioplynu k horákom.
V súčasnosti začínajú byť v realizácii domáce bioplynové stanice (HomeBiogas). Ide o malý bioplynový systém, ktorý je veľkostne určený pre domácnosti. Tento systém transformuje organický odpad akéhokoľvek pôvodu na bioplyn, ktorý možno využiť napríklad na varenie. Domáca bioplynová stanica tiež z odpadu produkuje kvalitné tekuté hnojivo, ktoré možno použiť na prihnojovanie v záhradke. Každý deň dokáže vyrobiť 5 až 8 litrov tekutého organického hnojiva a bioplyn, ktorý kapacitne stačí na 2 až 4 hodiny varenia.
Známe sú tiež malé poľnohospodárske bioplynové stanice ako samostatné jednotky, spracovávajúce anaeróbne stabilizáciou organický odpad, vznikajúci na farme. V prevažnej miere ide o hnojovicu, hydinový trus alebo slamový hnoj z chovu hospodárskych zvierat. Menšiu časť predstavujú organické odpady z domácnosti. Z hľadiska ekonomiky prevádzky bioplynovej stanice je účelné spracovávať aj iné vhodné odpady. Praxou preverené je napríklad spracovanie kuchynského odpadu, hlavne tukové odpady. V tomto prípade sa dosiahne dvojitý efekt, zvýši sa produkcia bioplynu a získa sa finančná úhrada za likvidáciu odpadov od producenta, jedální, reštaurácií a pod.
Bioplyn vznikajúci pri anaeróbnej fermentácii je využívaný predovšetkým na produkciu elektrickej energie a tepla v kogeneračnej jednotke. Prípadný prebytok elektrickej energie sa dodáva do verejnej siete. Veľkosť poľnohospodárskych bioplynových staníc závisí od veľkosti a zamerania farmy. Väčšinou sa v Európe pohybuje v rozmedzí 30 až 400 ekvivalentných obyvateľov.
V praxi sa používa horizontálne prietokový reaktor (Darmstadt systém), reaktor je oceľová alebo plastová, tepelne izolovaná valcová nádrž s priemerom spravidla 2 až 3 m, s dĺžkou podľa potrebnej kapacity reaktora. Vzhľadom na možnosť transportu sa takéto reaktory používajú s objemom 50 až 100 m3. Často sa využívajú použité zásobníky na naftu. Nádrž je uložená na betónových podstavcoch tak, aby jej sklon bol 3 až 5 %. Hnoj sa čerpá do vyššie položenej časti, premiešavanie obsahu reaktora a pohyb zmesi smerom k druhému nižšie položenému koncu je zabezpečené lopatkami, umiestnenými na hriadeli prechádzajúcom horizontálnou osou reaktora. Rýchlosť miešania je pomalá, 1 až 3 otáčky za minútu. Tomu zodpovedá aj nízka spotreba energie na miešanie, 700- až 900-wattový motor je dostatočný na miešanie 100 m3 hnojovice obsahujúcej slamu. Vznikajúci bioplyn sa hromadí v hornej časti reaktora, odkiaľ je odvádzaný do plynojemu. V spodnej časti, v najnižšom bode reaktora, je jeden alebo viac odkalovacích ventilov. Vykurovanie je riešené rozvodom rúrok vnútri reaktora. Bežné je aj umiestnenie v dvojitej stene reaktora alebo je vykurovanie integrované s miešaním a je umiestnené v dutom hriadeli miešadla. Vzhľadom na pomerne veľké investičné náklady sa tento typ reaktora využíva hlavne na fermentáciu „hustejších odpadov, ako je hydinový trus, domový odpad alebo kal s vyšším obsahom slamy, kedy sa využíva vhodnosť tohto typu riešenia.
Vertikálne reaktory vychádzajú zo štandardných, oceľových, alebo betónových uskladňovacích nádrží na hnojovicu, prípadne obilie. Prestavanie takejto nádrže na reaktor vyžaduje zabezpečiť jej plynotesnosť a tepelnú izoláciu. Na zabezpečeniu plynotesnosti stačí kvalitná betónová konštrukcia nádrže a strechy, prípadne doplnená hermeticky tesnou fóliou. Na tepelnú izoláciu sa používajú bežné izolačné materiály, ako je polystyrén alebo sklená vata.
V niektorých prípadoch sú nádrže umiestnené pod úrovňou terénu. Nádrže sú vyrábané sériovo, čo sa prejavuje v nižšej cene za jednotku objemu. Používané objemy sa pohybujú v rozmedzí 250 až 600 m3, aj keď existujú reaktory s objemami až 1 200 m3. Hĺbka reaktorov býva 3 až 6 m a priemer 8 až 18 m. Tieto reaktory sú často používané ako dvojúčelové, kedy v priebehu roka pracujú s rôznym harmonogramom dávkovania. V lete a na jeseň sú naplnené len do úrovne zabezpečujúcej minimálny čas zdržania 20 až 30 dní. Tým sa pripravuje rezerva na uskladnenie niekoľko sto m3 hnojovice na zimné a jarné obdobie, kedy sa nemôže alebo
SK 9637 Υ1 nesmie hnojovica aplikovať na pole. Pri naplnenom reaktore je čas zdržania cez 60 dní, čo zaručuje dostatočnú produkciu bioplynu a stabilný chod fermentora aj v zimnom období. Približne 1/3 bioplynových staníc v Nemecku používa plynotesné nádrže na uskladnenie stabilizovanej hnojovice a súčasne ako zásobníky bioplynu. V niektorých prípadoch nádrž s hermeticky tesnou membránovou strechou slúži aj ako fermentor. Často sa používajú dvojité membrány, kedy sa do membránového medzipriestoru ventilátorom vháňa vzduch pod tlakom 200 až 300 Pa, ktorým sa nafúkne vonkajšia membrána slúžiaca ako strecha a tlak vzduchu pôsobiaci na vnútornú membránu, oddeľujúcu bioplyn, zabezpečuje dostatočný pretlak bioplynu na ďalšie využitie (napr.: Viessmann).
Zo zverejnených údajov vyplýva, že v súčasnosti je na Slovensku pripojených 111 bioplynových staníc s úhrnným výkonom 103 MW a plánovanou ročnou výrobou 810 526 MWh elektrickej energie. Na rastúcom slovenskom trhu s obnoviteľnými zdrojmi energie sa do roku 2013 významnejšie presadzovali aj investície do bioplynových staníc. V roku 2014 však nastal zásadný útlm v ich inštalovaní. V nasledujúcom prehľade sa uvádzajú pripojené elektrárne z bioplynu v SR podľa informácií od Úradu pre reguláciu sieťových odvetví z júla 2015, spolu s opisom celkového inštalovaného výkonu, lokalizácie bioplynovej stanice a technológie.
Demonštračné bioplynové zariadenie na Slovensku je vybudované vo Vysokoškolskom poľnohospodárskom podniku (VPP) SPU v Kolíňanoch pri Nitre. Do prevádzky bolo uvedené už v roku 2000. Je naprojektované na využitie exkrementov od 80 veľkých dobytčích jednotiek (VDJ) k produkcii bioplynu a následne na kogeneračnú výrobu elektrickej (22 kWel) a tepelnej energie (45 kWt).
V Čechách je to napr. bioplynová stanica Knežice, má v súčasnosti jeden anaeróbny reaktor (fermentor) s objemom kalovej časti približne 2 500 m3, nad ktorého hladinou je beztlakový plynojem bioplynu s objemom 800 m3, zakrytú homogenizačnú zbernú nádrž s objemom približne 200 m3 na premiešavanie vstupných spracovávaných surovín a odpadov pred ich prečerpaním do fermentora, hygienizačnú linku na tepelnú hygienizáciu rizikových odpadov, drviacu linku na rozomletie tuhých rizikových odpadov a dve uskladňovacie nádrže na vyfermentovaný kal s celkovým objemom 2 x 6 300 m3. Hygienizačná linka s príjmovou drviacou linkou a kogeneračná jednotka sú umiestnené v halách v prevádzkovej budove bioplynovej stanice. Ostatné zariadenia a nádrže patria medzi vonkajšie objekty. Na trhu sú v súčasnosti známe napr. prípravky APD BIO GAS, čo je zmes bakteriálnych kultúr, enzýmov a živín potrebných na činnosť mikroorganizmov podporujúcich metanogenézu, anaeróbny proces prebiehajúci prostredníctvom mikroorganizmov. Ich vplyvom je organická hmota intenzívnejšie degradovaná za vzniku metánu, oxidu uhličitého alebo dikarbonátu. Výsledkom pôsobenia prípravkov v bioplynových staniciach je lepší, účinnejší a rýchlejší rozklad biomasy (exkrementy zvierat, dendromasa, biomasa, tekutý kal z biologických čistiarní odpadových vôd a pod., ale tiež odpady zo spracovateľského a potravinárskeho priemyslu). Dávkovaním prípravku APD BIO GAS dochádza k účinnejšej metanogenéze a k navýšeniu množstva produkovaného bioplynu, nie je ale presne stanovené ich množstvo, čas použitia a predovšetkým vhodnosť použitia pre konkrétne zloženie substrátu.
K 2. 10. 2020 je podľa spracovanej analýzy na Slovensku 113 bioplynových staníc, z toho 94 na kukuričnú siláž, pričom zvyšok tvoria čističky odpadových vôd (9) a skládky odpadu (10). Ich priemerný výkon je 1 MW, celkový inštalovaný výkon je 115 MW, čo dáva technický priestor na nové riešenie sofistikovaných bioreaktorov.
Známe sú tiež niektoré patentované riešenia bioreaktorov.
DE10164458 A1 (FRAUNHOFER GES FORSCHUNG), 10. júl 2003, opisuje bioreaktor na kultiváciu mikroorganizmov s podporou toku plynu, ktorý však nie je použiteľný na výrobu bioplynu.
EP2379694 A1 (BAYER TECHNOLOGY SERVICES GMBH), 26. október 2011, sa týka bioreaktora, použitia bioreaktora na kultiváciu mikroorganizmov alebo bunkových kultúr a tiež spôsobu kultivácie mikroorganizmov alebo bunkových kultúr, nie na výrobu bioplynu kontinuálnym spôsobom.
EP1685233 A1 (SAROKO ENERGY SYSTEMS LTD), 2. august 2006, opisuje bioreaktor, ktorý je konštruovaný na kontinuálne alebo v podstate kontinuálne anaeróbne štiepenie organických látok. Bioreaktorom je samostatná jednotka malého rozsahu, ktorá je vhodná na malé priemyselné alebo domáce použitie. Bioreaktor obsahuje hlavnú reakčnú komoru a viacero reakčných komôr. Komory sú usporiadané tak, aby organické látky mohli gravitačné prechádzať zo vstupu cez komory a do hlavnej reakčnej komory. Dodatočnú organickú hmotu je možné zaviesť do bioreaktora vstupom do prvej protikomory bez toho, aby to podstatne ovplyvnilo hladinu kyslíka v hlavnej reakčnej komore, čím sa zachová účinnosť rýchlosti produkcie metánu počas digescie v hlavnej komore. Bioreaktor môže byť napojený na odtok splaškov z domáceho obydlia. Uvedené riešenie neobsahuje možnosti pridávania prísad do procesu, ultrazvukové extrakčné zariadenie ani multifunkčné snímače bioplynu a biosubstrátu.
US2018214831 A1 (LIFE TECHNOLOGIES CORP), 2. august 2018, opisuje konštrukciu bioreaktora, ktorý obsahuje nosnú nádobu s aktívnym vnútorným povrchom, pričom podperné puzdro má bočnú stenu s otvorom, cez ktorý prechádza komunikačné vedenie. Konštrukcia tiež obsahuje miešacie prvky na hriadeľoch
SK 9637 Υ1 a konkrétnejšie bioreaktorových systémov s nosičmi na skúmavky a sondy. Obsahuje niekoľko obrázkov a je zrejmé, že tieto výkresy zobrazujú iba typické uskutočnenia technického riešenia, a preto ich nemožno považovať za obmedzujúce jeho rozsah. Technické riešenie nie je určené na výrobu bioplynu.
SK287581 B6 (GFE PATENT AS), 4. marec 2011, v spôsobe sa organický materiál spracováva tlakovým varením s vápnom, je v ňom schematicky a slovne opísané zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu s dodatkom, že navyše produkuje bioplyn. Uvedené riešenie nepredstavuje konštrukčnú inováciu, v nárokoch podrobne rieši biochemické procesy.
Podstata technického riešenia
Podstatou technického riešenia je hermetizovaná nádoba s objemom 50 až 100 m3 z tepelnoizolačného materiálu s vystužením špirálovými ohrevnými/chladiacimi rúrami na pevnej nadzemnej konštrukcii. Zvrchu bioreaktor zakrýva kužeľová kupola s priehľadnou montážnou prírubou. Na jeho kontinuálne plnenie kvapalným biosubstrátom slúži zapustený lievik s hrdlom a výpustom pod hladinou biosubstrátu, kontrolovanou hladinomerom. Pod kupolou reaktora (nad hladinou flotátu) je priestor - plynojem. Pod hladinou sú najmenej dve vrtuľové elektrické miešadlá, stierka na dne reaktora a biosubstrát sa extrahuje ultrazvukom extrakčnou tyčou do jednoduchších organických molekúl. Teplotný režim je určený riadiacim systémom v rozmedzí 30 až 75 °C. Vstupy do riadiaceho systému, informácie o zložení bioplynu a biosubstrátu sú importované z multifunkčných snímačov - teploty, pH, chemických prvkov, organických látok a mikrobiologických pochodov ako vstup pre softvér na dávkovanie ingrediencií cez lieviky prísad, osadených poklopom s násypným otvorom a dávkovacou klapkou s elektromotorom.
Flotát z povrchu hladiny je odvádzaný lievikom na ďalšie spracovanie. Kal na dne reaktora je rotačnou škrabkou s pohonom elektromotorom cez hriadeľ vháňaný do odkaľovacieho potrubia na ďalšie spracovanie a využitie. Bioplyn je odvádzaný pretlakom do úžitkového potrubia cez detektor bioplynu a pretlak je istený poistným ventilom.
Technické komponenty bioreaktora sú montážna príruba, elektroinštalačná rozvodná skrinka, vstupy, výstupy a potrubie chladiaceho/ohrevného média so štandardnými koncovkami, ďalej rebrík a dvere.
Výhodou bioreaktora je predovšetkým kontinuálne, hermetizované plnenie a výpúšťanie biosubstrátu po fermentácii, nevzniká pritom degistát. Výhodou je vysoká výťažnosť bioplynu, ale tiež možnosť prepojenia na dálšie technické zariadenia, ako vykurovací systém obce, kogeneračná jednotka, tiež spracovanie odvodneného flotátu a kalu sáčkovaním a následná expedícia hnojiva.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Na obr. 1 je znázornený v priečnom reze bioreaktor na výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu.
Na obr. 2 je znázornený v pohľade zhora bioreaktor na výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu.
Na obr. 3 je znázornený pohľad v smere A na bioreaktor na výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu.
Na obr. 4 je znázornený pohľad v smere B na bioreaktor na výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu.
Na obr. 5 je znázornený pohľad v smere C na bioreaktor na výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu.
Príklady uskutočnenia
Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu pozostáva z hermetizovanej nádoby 28 s objemom 50 až 100 m3 z tepelnoizolačného materiálu, vystuženom špirálovým ohrevným/chladiacim potrubím 11, s vyvedenými vstupmi 9 a výstupmi 12 na napojenie chladiaceho/ohrevného média, soľanky, ktorá stojí na pevnej nadzemnej základovej konštrukcii 29. Zvrchu bioreaktor zakrýva kužeľová kupola 27 s priehľadnou montážnou prírubou 4. Na jeho plnenie kvapalným biosubstrátom slúži zapustený násypný lievik 1 s hrdlom a s výpustom pod hladinou biosubstrátu, kontrolovanou hladinomerom 6. Pod kupolou reaktora (nad hladinou flotátu) je priestor - plynojem, osadený detektorom 30 bioplynu. Bioplyn je odvádzaný pretlakom do úžitkového potrubia cez výpustný plynový ventil 3 a pretlak je istený poistným ventilom 2. Vrtuľové elektrické miešadlá 13 sú upevnené tangenciálne na vnútornom plášti nádoby, kde je tiež upevnená ultrazvuková extrakčná tyč 20 v šikmom, dostredivom smere.
SK 9637 Υ1
Inovatívnym konštrukčným prvkom bioreaktora sú hermeticky osadené lieviky 10 prísad, najmenej v počte tri, s poklopmi 26, uzatváracou dávkovacou klapkou 25 s elektromotorom, ktoré na základe informácií z detektora 30 bioplynu, multifunkčného snímača 8 dávkujú ingridiencie do procesu fermentácie.
Flotát z hladiny biosubstrátu je po fermentácii odvádzaný zvrchu výpustným lievikom 7, s osadenou fekálnou koncovkou 14, vhodnou na odvoz fekálnymi vozidlami na ďalšie využitie. Druhým výstupom z bioreaktora je kal, ktorý je stierkou 15 vháňaný do odkaľovacieho potrubia 17, ukončeného fekálnou pákovou koncovkou 16, na výpust aj priamo do pripravených nádob. Pohyb stierky 15 je zabezpečený mechanizmom s hriadeľom 21 a elektromotorom 18. Ku konštrukčným prvkom bioreaktora patria ešte rebrík 22 umiestnený zboku nádoby 28, ďalej dvere 23 na vchode do priestoru pod nádobou a v tom priestore elektrická ovládacia skrinka 19 na umiestnenie ističov elektrických rozvodov, a tiež rozvodná skrinka 5 riadiaceho systému 24.
Priemyselná využiteľnosť
Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného substrátu sa dá výhodne použiť tam, kde nie je čistiareň odpadových vôd a kde je potrebné vyvážať domové a firemné komunálne odpadové vody zo žúmp na veľké vzdialenosti na zneškodňovanie, ale predovšetkým tekutý odpad z gastroprevádzok, potravinárskeho a spracovateľského priemyslu, ale tiež odpadové oleje. Rozkladný proces bioodpadu v takom zložení je v rôznom štádiu, preto je ho potrebné miešaním, tiež ultrazvukom homogenizovať, analyzovať a nastaviť fermentačný proces tak, aby bol vyťažený bioplyn v optimálnom množstve. Na tento účel slúžia multifunkčné snímače teploty, pH, chemických prvkov, organických látok a mikrobiologických pochodov a v procese fermentácie, ako mastné kyseliny (mravčia, octová, propiónová, mliečna, valérová a pod.), zaťaženie fermentorov FOS/TAC, biogénne prvky (fosfor, dusík, draslík, vápnik, sodík, horčík a pod.) v nastavení podľa zloženia biosubstrátu. Tomuto zloženiu a podmienkam slúži softvér na dávkovanie ingrediencií, čo sú predovšetkým metanofilné baktérie v širokom spektre (rad Methanobacteriales, rad Methanococcales, rad Methanomicrobiales a pod.) a živiny v kyslom a zásaditom prostredí.
Na ohrev biosubstrátu na teplotu stanovenú riadiacim systémom v optimálnom rozmedzí slúži tiež vyprodukovaný bioplyn. Vypustený flotát a kal po odvodnení slúži ako kvalitné hnojivo a voda sa vráti späť do reaktora ako kvalitná inokulačná ingrediencia.
Spracovaním biomasy v bioreaktore môže byť účelne zužitkované veľké množstvo odpadu z malých zdrojov, ktorý by inak znamenal záťaž pre životné prostredie. Výroba bioplynu v bioreaktore navyše neprodukuje vlastný odpad, pretože všetky výstupy sú environmentálne prijateľné na ďalšie využitie.
Claims (6)
- NÁROKY NA O CHRANU1. Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z hermetizovanej nádoby (28) s objemom 50 až 100 m3 z tepelnoizolačného materiálu, ktorá stojí na pevnej nadzemnej základovej konštrukcii (29) a zvrchu ju zakrýva kužeľová kupola (27) a zboku je do nej zapustený hermetizačný násypný lievik (1) a výpustný lievik (7) s hrdlom a výpustom s fekálnou koncovkou (14) a na jej dne je cez hriadeľ (21) s elektromotorom (18) osadená stierka (15) s odkaľovacím potrubím (17) na konci s fekálnou pákovou koncovkou (16), pričom pod kužeľovou kupolou (27) je umiestnený výpustný plynový ventil (3) s poistným ventilom (2) pretlaku.
- 2. Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu podľa nároku 1, vyznaču júci sa tým, že po obvode hermetizovanej nádoby (28) sú uložené špirálové ohrevné/chladiace potrubia (11) s vyvedenými vstupmi (9) a výstupmi (12) na napojenie chladiaceho/ohrevného média.
- 3. Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu podľa nárokov 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že v tangencionálnom smere sú umiestnené vrtuľové elektrické miešadlá (13), na hladine biosubstrátu hladinomer (6) a na biochemickú úpravu substrátu ultrazvuková extrakčná tyč (20) ponorená do biosubstrátu.
- 4. Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu podľa nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že do hermetizovanej nádoby (28) sú zboku hermeticky osadené najmenej tri lieviky (10) prísad s poklopmi (26), uzatváracou dávkovacou klapkou (25) s elektromotorom na dávkovanie ingridiencie do procesu fermentácie na základe informácií z detektora (30) bioplynu umiestneného pod kupolou (27) a z multifunkčného snímača (8) ponoreného do biosubstrátu.
- 5. Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že jeho súčasťou je externe umiestnený riadiaci systém (24) na dávkovanie ingrediencií.
- 6. Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu podľa nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že k jeho technickému vybaveniu patrí rebrík (22), ktorý je umiestnený zvonku nádoby (28), montážna príruba (4) zakrývajúca vrch kupoly (27), dvere (23) uzamykajúce vstup do priestoru základovej konštrukcie (29), kde je uložená rozvodná skrinka (5) a elektrická ovládacia skrinka (19).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50005-2022U SK9637Y1 (sk) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50005-2022U SK9637Y1 (sk) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK500052022U1 SK500052022U1 (sk) | 2022-07-13 |
| SK9637Y1 true SK9637Y1 (sk) | 2022-11-10 |
Family
ID=82358371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK50005-2022U SK9637Y1 (sk) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK9637Y1 (sk) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2628100A (en) * | 2023-03-13 | 2024-09-18 | Univ Tartu | Colostrum tablets |
-
2022
- 2022-01-26 SK SK50005-2022U patent/SK9637Y1/sk unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2628100A (en) * | 2023-03-13 | 2024-09-18 | Univ Tartu | Colostrum tablets |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK500052022U1 (sk) | 2022-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20130065290A1 (en) | Combined dry and wet dual phase anaerobic process for biogas production | |
| US20110281254A1 (en) | Method and apparatus for anaerobic digestion for crop stalk | |
| CN105948832B (zh) | 一种小型餐厨垃圾发酵装置 | |
| CN102517200A (zh) | 一种有机废弃物干式厌氧高温发酵系统及发酵工艺 | |
| CN204550537U (zh) | 一种全混沼气生产系统 | |
| CN105861306A (zh) | 固液两阶段厌氧发酵装置及方法 | |
| US20130236952A1 (en) | System for processing biomass | |
| CN108384813A (zh) | 一种氧化钙和沼液联合预处理提高稻草秸秆厌氧消化产气性能的方法 | |
| CN103173348B (zh) | 两相一体化干式厌氧消化反应器及处理方法 | |
| SK9637Y1 (sk) | Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu | |
| CN101629139B (zh) | 规模化太阳能中温固液联合厌氧发酵和储气装置 | |
| CN110372430A (zh) | 有机废弃物热量和资源化同步回收装置 | |
| CN202322661U (zh) | 一种有机废弃物干式厌氧高温发酵系统 | |
| CN105647786A (zh) | 餐厨废弃物厌氧-高温微好氧消化装置和方法 | |
| CN1272441C (zh) | 高效微生物制氢及氢能－电能转化一体化装置 | |
| SK500022022A3 (sk) | Bioreaktor na kontinuálnu výrobu bioplynu z kvapalného biosubstrátu | |
| CN102417284B (zh) | 双室推流式沼气厌氧反应器 | |
| CN212560232U (zh) | 推流式微好氧水解装置 | |
| WO2021161337A1 (en) | A bioreactor and process for production of biogas using the same | |
| RU2540019C1 (ru) | Биореактор | |
| RU49524U1 (ru) | Промышленная установка для переработки органических отходов на биогумус и биогаз | |
| Sharma et al. | Anaerobic biotechnology and developing countries—I. Technical status | |
| Deng et al. | Biogas Plant | |
| RO131972B1 (ro) | Instalaţie pentru obţinerea biogazului | |
| CN221479914U (zh) | 分级分相推流式厌氧反应器 |