Метантенк.Анаэробное сбраживание жидкого материала из органических отходов

Метанте́нк, метанта́нк ( англ. methane tank) — штучний резервуар великої ємності (до декількох тис. м3) для біологічної переробки (так званого метанового зброджування за допомогою бактерій-мінералізаторів та інших мікроорганізмів) органічного осаду стічних вод без доступу повітря.

МЕТАНТЕНК

Имя изобретателя: Дианов Леонид Васильевич (RU); Маслов Максим Михайлович

Имя патентообладателя: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославская государственная сельскохозяйственная академия" (ФГОУ ВПО ЯГСХА)

Адрес для переписки: 150042, г.Ярославль, Тутаевское ш., 58, ФГОУ ВПО ЯГСХА

Дата начала действия патента: 2005.03.03

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания жидкого материала из органических отходов сельскохозяйственного производства, в том числе навоза. Метантенк для биогазовых установок включает горизонтальную цилиндрическую емкость, разделенную центральной неподвижной перегородкой на камеры первой и второй половины брожения, общую для камер мешалку, электромасляный обогреватель и реверсивный насос. Емкость имеет герметичную перегородку с задвижкой, которая обеспечивает переливание части материала из первой камеры в свободную вторую без затрат энергии. Реверсивная, самоочищающаяся мешалка выполнена из вала, к которому на спицах-лопатках крепится навивка винтовой шнековой полосы. Технический результат: непрерывность производства биогаза, полнота сбраживания материала, снижение энергоемкости, эксплуатационных затрат, стоимости изготовления метантенка с упрощением конструкции.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания жидкого материала из органических отходов сельскохозяйственного производства, в том числе и навоза животноводческих ферм.

Известен метантенк [Авторское свидетельство СССР (19) SU (11) №1353753 A1 (51) 4 С 02 F 11/04 от 23.11.1987], который преимущественно предназначен для сбраживания жидких органических отбросов населенных пунктов, содержащий корпус, разделенный перегородками на четыре секции, механическую мешалку с сетчатыми лопастями, трубопровод для подогрева сбраживаемого материала от нагретой воды.

Недостатки приведенного выше метантенка:

1) исключается поточность процесса тем, что не полностью выгружается отработанная масса, а исходный материал загружается порциями, при этом процесс сбраживания приостанавливается;

2) на вращение вала с лопастями в виде сетки, которая склонна к залипанию, требуются большие затраты энергии. Эта мешалка не обеспечивает полную выгрузку отработанной после сбраживания массы;

3) требуются большие затраты энергии как для поддержания оптимального температурного режима, так и на перемещение сбраживаемого материала из необогреваемой в обогреваемую секцию и наоборот;

4) метантенк имеет сложную конструкцию, что требует больших затрат на изготовление и эксплуатацию.

Наиболее близким по технической сущности является метантенк [Патент Российской Федерации (19) RU (11) №2073650 (13) С1 (51) 6 С 02 F 3/28 от 20.02.1997], содержащий корпус, разделенный перегородками на пять секций, мешалку, теплообменники.

Недостатки метантенка следующие:

1) требуются большие энергетические затраты на перемещение материала из камеры маточной закваски в камеры основного брожения в связи с тем, что материал может загружаться только сверху;

2) не полностью выгружается отработанный материал, так как нет возможности разделять сбраживаемый материал по полноте отработанности;

3) сливной стояк имеет выход в верхней части метантенка, поэтому требуются большие энергетические затраты на выгрузку материала;

4) повышенные сложность конструкции и стоимость метантенка вызваны конструкцией пяти камер с перегородками, которые создают и неудобства в эксплуатации.

                                                 Газовый колпак метантенка

Целью изобретения является обеспечение непрерывности производства биогаза; полноты сбраживания материала; экономичности процесса; снижение энергоемкости и эксплуатационных затрат; снижение стоимости изготовления метантенка с упрощением конструкции.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый метантенк имеет горизонтальную цилиндрическую емкость, разделенную центральной неподвижной перегородкой на камеры первой и второй половины брожения, общую для камер реверсивную мешалку, электромасляный обогреватель и реверсивный насос.

Новые существенные признаки:

1) упрощение конструкции за счет изготовления емкости из двух камер, разделенных герметичной перегордкой;

2) изменение конструкции мешалки, она реверсивная, самоочищающаяся, энергосберегающая, обеспечивает однородные консистенцию и температуру, а также полную выгрузку материала из обеих камер;

3) герметичная перегородка имеет задвижку, которая обеспечивает выгрузку части материала из первой камеры в свободную вторую без затрат энергии при стабильных давлениях жидкого материала и газов в обеих камерах.

Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.

Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата.

За счет установки герметичной металлической перегородки, разделяющей метантенк на две равные камеры, созданы условия для непрерывного производства биогаза с полной отработкой сбраживаемого материала и сокращения энергозатрат на его выгрузку, а также на перемещение материала из одной камеры в другую.

Упрощенная конструкция метантенка позволит сократить затраты на изготовление и эксплуатацию.

Стабильность технологического процесса обеспечивается автоматикой, которая через экономичный электромасляный обогреватель поддерживает заданный температурный режим материала в метантенке.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого метантенка; на фиг.2 дано сечение А-А фиг.1;

на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1.

Метантенк цилиндрической формы состоит из камеры 1 первой половины брожения жидкого материала и камеры 2 второй, окончательной половины брожения. Обе камеры разделены герметичной перегородкой 3, которая имеет окно 4, закрываемое и открываемое задвижкой 5 от поворота штурвала 6 через реечный механизм 7. Камеры имеют единую реверсивную мешалку 8, которая периодически включается в работу по выбранной программе от мотор-редуктора 9 через предохранительную муфту 10. Мешалка выполнена из вала 11, к которому на спицах-лопатках 12 крепится узкая навивка винтовой шнековой полосы 13, установленная с зазором 3-5 мм к цилиндрической поверхности камер 1 и 2. За счет реверсивного вращения лопатки 12 и полоса 13 при низких затратах энергии обеспечивают однородную концентрацию жидкого материала, хорошо самоочищаются и обеспечивают полную выгрузку материала из камер.

Степень заполнения камер 1 и 2 контролируется датчиками 14, которые имеют указатель уровня и управляют насосом 15, отключая его. Камеры 1 и 2 имеют предохранительные клапаны 16, манометры 17 и обратные проходные клапаны 18, через которые биогаз направляется по магистрали 19 к потребителю. В камере 1 имеется датчик 20 нижнего уровня жидкого материала, который обеспечивает автоматическое отключение насоса 15 во время закачивания оставшегося материала из камеры 1 в камеру 2, чтобы оставшийся материал послужил закваской для вновь загруженного материала в камеру 1. Электромасляный обогреватель 21 предназначен для автоматического поддержания заданного температурного режима в метантенке. Его работа бесшумная и долговечная. Он оснащается терморегулятором и регулятором мощности, что позволяет выбрать оптимальную мощность потребления электроэнергии и температуру нагрева.

В заправочной магистрали 22 перед насосами 15 установлена задвижка 23. Аналогичные задвижки 23 установлены в магистрали 24 и 25, которые соединяют насос 15 с камерами 1 и 2.

МЕТАНТЕНК РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Исходный материал по магистрали 22 поступает к насосу 15 и далее в камеру 1 первой половины брожения. После заполнения камеры 1 закрывают задвижку 23. Электромасляный обогреватель 21 создает технологическую температуру. Размножение метановых бактерий обеспечивается периодическим перемешиванием материала мешалкой 3. Продуцированный биогаз поступает к потребителю с начала брожения в камере 1. После того как масса отбродила первую половину цикла брожения, с помощью штурвала 6 через реечный механизм 7 открывается задвижка 5 и часть сброженного материала перетекает через окно 4 в камеру 2 для второй половины цикла брожения. Как только уровень сброженного материала в камерах 1 и 2 станет одинаковым, то закрывают окно 4 задвижкой 5 и с помощью насоса 15 по магистрали 25 перекачивают оставшуюся в камере 1 часть материала. Далее камера 1 заполняется свежим исходным материалом и метантенк выходит на установившийся режим работы с образованием биогаза в обеих камерах. С течением времени отбродивший материал из камеры 2 выгружается по магистрали 26. Свободная камера 2 заполняется полусброженным материалом из камеры 1, а последняя заполняется исходным материалом. Таким образом обеспечивается непрерывность процесса брожения и получения биогаза, который по магистрали 19 направляется к потребителю.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Метантенк для биогазовых установок, включающий горизонтальную цилиндрическую емкость, разделенную центральной неподвижной перегородкой на камеры первой и второй половины брожения, общую для камер мешалку, электромасляный обогреватель и реверсивный насос, отличающийся тем, что емкость имеет герметичную перегородку с задвижкой, которая обеспечивает переливание части материала из первой камеры в свободную вторую без затрат энергии, а реверсивная, самоочищающаяся мешалка выполнена из вала, к которому на спицах-лопатках крепится навивка винтовой шнековой полосы.

ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ КОТТЕДЖА, ДАЧИ, ЗАГОРОДНОГО ДОМА

это локальная установка биологической очистки хозяйственно-бытовых и сточных вод от индивидуальных жилых домов (коттеджей, дач и т. д.).

Сточные воды от сантехнических устройств из жилого дома самотеком по трубам поступают в установку и проходят механическую, биохимическую и микробиологическую очистку.

Установка состоит из трёхсекционного метантенка (1, 2, 3) и капельного биофильтра (4), объединённых в едином железобетонном корпусе. Корпус изготавливается монолитным в заводских условиях, что исключает возможность протекания неочищенных сточных вод в грунт.