метантенк

Формула изобретения

1. Метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, содержащий вертикально установленный резервуар цилиндрической формы с коническими днищем и куполом с присоединенной к куполу снизу, не доходящей до днища разделительной концентрической перегородкой в виде усеченного конуса с основанием, обращенным к днищу резервуара, делящей резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры, патрубки подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру и вывода сброженного осадка из внутренней камеры, а также патрубки отвода биогаза из газосборника в куполе резервуара и из внешней камеры, отличающийся тем, что для отвода биогаза из внешней камеры в верхнюю часть внутренней камеры сверху разделительной концентрической перегородки в виде усеченного конуса по периметру ее присоединения к коническому куполу выполнены щелевые или круглые отверстия, а патрубок подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру выполнен над внешней камерой в коническом куполе в виде вертикального стояка с закрепленной сверху или съемной воронкой и с тройником снизу, тогда как патрубок вывода сброженного осадка из внутренней камеры выполнен в виде трубы с присоединенным к ней отводом, отметка порога присоединения которого к трубе установлена выше отметки основания газосборника на коническом куполе.

2. Метантенк по п.1, отличающийся тем, что в резервуаре установлена мешалка сбраживаемой массы во внутренней камере.

3. Метантенк по п.1, отличающийся тем, что его выполняют из различных материалов, включая металл, полимеры, пластмассы, стеклоткань и стеклопластик, кирпич, бетон и железобетон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к коммунальному и сельскому хозяйствам и в основном предназначается к использованию на дачных участках и усадьбах сельских населенных пунктов для выработки при анаэробном сбраживании горючего биогаза и высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры гельминтов, их яиц и семян сорняков органических удобрений из различных растительных отходов, фекалий, навоза и помета животных и птицы.

Известен метантенк для анаэробного сбраживания различных органических отходов с выработкой из них горючего биогаза и удобрении, входящий в состав установки для производства биогаза и состоящий из горизонтально установленного цилиндрического резервуара с перегородками образования камер брожения для последовательного анаэробного сбраживания в них загружаемых в резервуар органических отходов и выгрузки из него сброженного осадка /А.с. СССР №1198026, C 02 F 11/04, 3/28/.

Недостатки известного метантенка является значительная трудоемкость и сложность его изготовления и использования, полнопроточное перемещение всей сбраживаемой массы через камеры предварительного, основного и остаточного брожения без обособленного пофазного сбраживания в них исходного сырья.

Известен также метантенк для последовательного пофазного анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов /Патент РФ №2149531, А 01 С 3/00, С 02 Р 11/04/, содержащий изготавливаемый различной формы резервуар, включая и вертикально устанавливаемый цилиндрической формы с коническими днищем и куполом с присоединенной к куполу снизу не доходящую до днища разделительную концентрическую перегородку в виде усеченного конуса с основанием, обращенным к днищу резервуара, патрубки подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру и вывода сброженного осадка из внутренней камеры, а также патрубки отвода биогаза из газосборника в куполе резервуара и из внешней камеры.

Недостатком этого известного по патенту РФ №2149531 является то, что для его использования необходимо применение дополнительных механизмов, насосов для ввода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру под давлением, вывода сброженной массы из внутренней камеры, перемешивания сбраживаемой массы во внутренней камере, невозможность использования биогаза из внешней камеры для разрушения "корки" в верхней части купола и у основания газосборника, тогда как по своей технической сущности и достигаемому результату известный по патенту РФ №2149531 метантенк является наиболее близким к изобретению.

Задачей настоящего изобретения является устранение приведенных выше недостатков известного метантенка и создание такого метантенка для последовательного пофазного анаэробного сбраживания различных разжиженных органических отходов, который было бы возможно изготавливать с малыми объемами его вместимости и использовать для выработки горючего биогаза и удобрений из органических отходов на дачных участках и усадьбах сельских населенных пунктов без дополнительных механизмов, вручную с применением простейшего инвентаря и приспособлений.

Согласно изобретению поставленная задача достигается тем, что для отвода биогаза из внешней камеры в верхнюю часть внутренней камеры сверху разделительной концентрической перегородки в виде усеченного конуса по периметру ее присоединения к коническому куполу выполнены щелевые или круглые отверстия, а патрубок подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру выполнен над внешней камерой в коническом куполе в виде вертикального стояка с закрепленной сверху или съемной воронкой и с тройником снизу, тогда как патрубок вывода сброженного осадка из внутренней камеры выполнен в виде трубы с присоединенным к ней отводом, отметка порога присоединения которого к трубе установлена выше отметки основания газосборника на коническом куполе.

Достигается согласно изобретению поставленная задача и тем, что в резервуаре установлена мешалка сбраживаемой массы во внутренней камере, а сам метантенк выполняют из различных материалов, включая металл, полимеры, пластмассы, стеклоткань и стеклопластик, кирпич, бетон и железобетон.

На чертежах схематично показано устройство метантенка и его возможное использование с другими устройствами и приспособлениями, где на фиг.1 - метантенк в разрезе; на фиг.2 - вид на метантенк фиг.1 сверху; на фиг.3 - вид по А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид по стрелке "Б" на фиг.1; на фиг.5 - использование метантенка в соединении газопроводом с газгольдером и с газовой плитой; на фиг.6 - вариант выполнения отапливаемого при термофильном и мезофильном режимах сбраживания метантенка в сочетании с использованием разделителя сброженной массы отстоем на фазы.

Метантенк /фиг.1, 2, 3 и 4/ представляет собой вертикально установленный цилиндрической формы резервуар 1 с коническими днищем 2 и съемным куполом 3, к которому снизу присоединена не доходящая до днища 2 разделительная концентрическая перегородка в виде усеченного конуса 4 с основанием, обращенным к днищу 2 резервуара 1, делящей резервуар 1 на внешнюю 5 и внутреннюю 6 камеры. Над внешней камерой 5 в коническом куполе 3 выполнен вертикальный патрубок-стояк 7 подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру 5 с закрепленной сверху на патрубке-стояке 7 или съемное воронкой 8 с крышкой 9 и с тройником снизу. Во внутренней камере 6 через купол 3 выполнен патрубок вывода сброженного осадка из внутренней камеры 6 в виде трубы 10 с крышкой 11 и с отводом осадка 12, отметка порога присоединения которого к трубе 10 установлена выше отметки основания газосборника 13 на коническом куполе 3 на величину "В", равную назначаемому давлению биогаза в метантенке в мм водяного столба. Над куполом 3 в его центре установлен заодно с ним газосборник 13 с газоотводным патрубком 14, а для отвода биогаза из внешней камеры 5 в верхнюю часть внутренней камеры 6 и для повышения интенсивности "кипения" сбраживаемой в камере 6, с целью предотвращения у основания газосборника 13 "корки" из всплывающих и не до конца разложенных микроорганизмами органических остатков, сверху разделительной перегородки в виде усеченного конуса 4 по периметру ее присоединения снизу к коническому куполу 3 выполнены щелевые или круглые /на чертеже не показаны/ отверстия 15. Для перемешивания сбраживаемой в камере 6 массы в резервуаре 1 установлена мешалка 16 с выведенной выше купола 3 ручкой 17 ее привода рукой, с лопастями 18 снизу и с центрирующей вал мешалки 16 в центре втулкой 19, закрепленной распорками 20 с разделительной перегородкой 4. Закрепление на съемном куполе 3 разделительной перегородки 4, патрубка-стояка 7, трубы вывода сброженной массы 10 и газосборника 13 позволяет при необходимости отсоединять купол 3 с закрепленными на нем перечисленными выше узлами и проводить их очистку, регулировку и ремонт вне резервуара 1, освобождать днище 2 от уплотнившегося осадка и промывать его. Для периодической очистки днища 2 от случайно попавших в резервуар 1 различных осевших и мешающих нормальной работы мешалки 16 из резервуара 1 через патрубок с вентилем 21 временно освобождают от сбраживаемой в метантенке массы, открывают люк 22 и через него удаляют все осевшее мешающее перемешиванию.

После удаления из резервуара 1 осевших на днище 2 посторонних включений плотностью выше плотности сбраживаемой массы, включая грунт, песок, гравий, опилки и стружка хвойных деревьев, металлические и др. предметы, - временно вылитую из резервуара сброженную массу заливают вновь в резервуар 1 и процесс сбраживания продолжают, закрыв перед заливом в резервуар 1 сброженной массы вентиль 21 и люк 22. Устойчивость метантенка в рабочем положении обеспечивается присоединенными к резервуару 1 опорами 23.

Для предотвращения теплопотерь сбраживаемой в метантенке массы резервуар 1, днище 2 и купол 3 с патрубком-стояком 7 теплоизолируют /на чертежах не показано/, термическое сопротивление которого целесообразно устанавливать из расчета недопущения снижения температуры сбраживаемой массы между загрузками раз в сутки свежими разжиженными органическими отходами не более чем на 1С.

Предлагаемый метантенк следует эксплуатировать совместно с газгольдером и потребителями биогаза, например, с газовой плитой, как это показано на фиг.5. Газгольдер, являясь временным хранилищем-накопителем биогаза, интенсивность выработки которого в метантенке неравномерна, является также ограничителем и регулятором давления биогаза в метантенке и в потребляющих биогаз устройствах, обуславливая при этом размер "В" с учетом того положения, что верхний уровень обваливаемой в резервуаре 1 массы должен быть в рабочем положении при установленном газгольдером давлении биогаза не ниже основания газосборника 13. Соблюдение этого условия позволяет обеспечить наиболее интенсивное и постоянное "кипение" биогаза на наименьшей площади "зеркала" сбраживаемой в резервуаре 1 массы, препятствуя тем самым образованию "корки" и способствуя при этом досбраживанию легких всплывающих частиц органической массы и поглощению из биогаза сероводорода сбраживаемой массой на формирование симбиоза микроорганизмов, осуществляющих в метантенке анаэробное образование с выработкой из органических отходов горючего биогаза.

Приведенное на чертежах устройство предлагаемого метантенка настоящим изобретением предназначено к его использованию на дачных участках и на усадьбах сельских населенных мест без дополнительных механизмов, вручную с применением простейшего инвентаря и приспособлений, ориентировано, в основном, на наличие у пользователя примерного ежесуточного количества пригодного к анаэробному сбраживанию исходного органического сырья в виде отходов со средней влажностью 60-70% от 10-16 кг до 40-50 кг, что при его разбавлении до пульпы влажностью 901%, загружаемой в метантенк, составит количество пульпы от 45 до 105 л ежесуточно. В соответствии с апробированными технологическими режимами анаэробного сбраживания различных органических отходов, сбраживание в предлагаемом настоящим изобретением метантенке может быть осуществлено в широком диапазоне температур от 10-15С при психрофильном режиме сбраживания, до 35-40С - при мезофильном режиме и до 55-58С - при термофильном режиме. Поскольку примерная средняя доза загрузки в метантенк свежей пульпы влажностью 90%1% для каждого из приведенных выше температурных и количественных режимов различна, то для данного примера загрузки 45-105 л в метантенки обусловит их потребный объем вместимости: при психрофильном режиме сбраживания от 0,9 до 2,1 м³, с дозой загрузки - 3-5% емкости метантенка; при мезофильном режиме от 0,6 до 1,4 м³ с дозой загрузки - 7,5-10% емкости метантенка и при термофильном режиме сбраживания от 0,3 до 0,7 м³ с дозой загрузки емкости метантенка - 15-20%.

Приведенный выше пример зависимости потребного объема метантенков от количества и качества исходного органического сырья у пользователя, назначаемого температурного режима анаэробного сбраживания, дозы загрузки и времени сбраживания, - может быть принят в качестве рекомендации изготовления однотипных по устройству семейства разнообъемных по вместимости метантенков, например, емкостями на 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 кубометров.

Приведенный малообъемный модульный ряд однотипных по устройству и эксплуатации метантенков, обеспечивающих выработку при различном сырье от 0,6 до 2,0 кубометров биогаза, калорийностью 23000 кДж/нм³/ 5500 ккал/нм³/ с каждого кубометра емкости метантенка, может удовлетворить различного потребителя как в части получения биогаза для приготовления пищи и отопления дома, так и в части получения высококачественного обеззараженного от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков органического удобрения для своего огорода.

Анаэробное сбраживание разжиженных рециркулятом из жидкой фазы сброженной массы, обеспечивающей обсеменение метанообразующими микроорганизмами приготавливаемую из измельченной органики пульпу до ее загрузки в метантенк, в предложенном метантенке выполняют следующим образом.

Предназначаемые к анаэробному сбраживанию в предлагаемом метантенке различные органические отходы измельчают с крупностью их частиц размером не более 20 мм с последующим их разжижением до влажности получаемой пульпы 90%1%.

Первоначальное разбавление измельченных органических отходов при вводе метантенка в эксплуатацию может быть осуществлено холодной или нагретой водой в зависимости от избранного температурного режима сбраживания. В приготовленную пульпу вводят бактериальную закваску или сброженную массу из другого метантенка, при отсутствии которых могут быть использованы экскременты крупного рогатого скота или лошадей. Количество приготавливаемой пульпы должно быть больше объема метантенка на величину % его загрузки избранного режима сбраживания. При закрытых вентиле 21 и люке 22 от патрубка отвода биогаза 14 отсоединяют газопровод и вместо него присоединяют гибкий шланг, второй конец которого вводят в емкость или в банку или в бутылку с водой. После этого приготовленную пульпу через воронку 8 по патрубку 7 и его тройник заливают в резервуар 1, заполняя его камеры 6 и 5 и трубу вывода сброженной массы 10. Появление течи загружаемой в резервуар 1 пульпы из отвода 12 будет свидетельствовать о том, что резервуар 1 полностью заполнен пульпой и дальнейший ее залив в воронку 8 прекращается. О полном заливе резервуара 1 пульпой будет свидетельствовать и прекращение пробулькивание воздуха из опущенного в воду шланга. В зависимости от интенсивности использованных закваски, сброженной массы или экскрементов животных, а также в зависимости от избранного температурного режима сбраживания, - через примерно 5-15 суток, при ежедневном перемешивании массы в резервуаре 1 мешалкой 16 по 3-5 мин, начнется пробулькивание в воде из шланга. Первоначально это будет вытесняемый из газосборника 13 воздух, а через сутки из шланга в воду будет пробулькивать вначале тощий негорючий биогаз, устойчивое интенсивное горение которого станет еще через сутки. После проверки качества горения биогаза шланг с отвода 14 отсоединяют и присоединяют к нему газопровод от газгольдера. Далее заливают в метантенк остальную приготовленную ранее пульпу в количестве установленной дозы загрузки для принятой температуры сбраживания. Одновременно с заливом свежей пульпы в воронку 8 из отвода 12 вытечет такое же количество сброженной массы, жидкая фаза которой /рециркулят/ станет разбавителем следующей порции измельченной органики в приготовлении обсемененной микроорганизмами пульпы, загружаемой в метантенк. Повтор этого приема приготовления свежей пульпы с использованием рециркулята и с заливом пульпы на сбраживание в резервуар 1 метантенка - является основной операцией эксплуатации метантенка с ежедневным ее повтором.

Для соблюдения заданного температурного режима в утепленном резервуаре 1 метантенка, из которого выгружается сброженная масса с температурой сбраживания, рециркулят или приготовленную пульпу нагревают до загрузки в метантенк до температуры выше температуры сбраживания с расчетом того, что температура смеси сбраживаемой массы с загруженной в метантенк и перемешанной нагретой пульпой компенсирует теплопотери и не снизит за сутки температуру сбраживаемой массы более чем на 1С.

Использование приведенной выше рекомендации для осуществления термофильного режима сбраживания при температуре 55-58С крайне трудоемко и сложно, т.к. рециркулят для этого необходимо нагревать выше температуры обеспечения гарантированной жизнедеятельности микроорганизмов обсеменения свежей органики при приготовлении пульпы. Высокая эффективность термофильного режима анаэробного сбраживания органики в предложенном метантенке может быть достигнута путем установки метантенка в отапливаемую проточным нагревателем теплоизолированную емкость как это в качестве возможного варианта выполнения показано на фиг.6 в сочетании с использованием разделителя сброженной массы отстоем на фазы. Для нагрева греющей метантенк воды с заданными параметрами температуры может быть использован газовый водонагреватель типа АОГВ, снабженный автоматом установления задаваемой температуры. При использовании на усадьбах сельских населенных мест предлагаемого метантенка большой емкости на 2,0-2,5 кубометров сбраживаемой массы и более с выработкой ими по 4-5 кубометров биогаза в сутки использование газового водонагревателя АОГВ может обеспечить не только нагрев метантенка для его работы в термофильном режиме, но и обогрев зимой жилого дома на селе.

Простота и доступность предложенного настоящим изобретением метантенка в его изготовлении и эксплуатации без дополнительных механизмов, вручную с применением простейшего инвентаря и приспособлений, позволяет эффективно использовать на дачах и селе органические отходы и получать из них горючий биогаз и высококачественные обеззараженные от патогенной микрофлоры, гельминтов, их яиц и семян сорняков органические удобрения для огорода.