Баранова И.Г., Шадрина Е.С.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

Классификационные признаки биореакторов(метантенков) для анаэробного сбраживания органических отходов

Одним из наиболее рациональных и экологически безопасных способов утилизации органических отходов представляется их анаэробное сбраживание в результате которого возможно получить высококачественное органическое удобрение и биогаз. Данный способ наряду с решением основной, энергетической проблемой, позволяет решить также некоторые экологические и социальные проблемы .

Конструктивное оформление биореакторов для анаэробного сбраживания зависит как особенностей процесса, так и от сырья, продуктов, масштабов производства. Рассмотрим особенности конструкций метантенков в зависимости от вышеперечисленных факторов.

Конструктивные особенности аппаратуры в зависимости от вида перерабатываемой биомассы

В зависимости от сырья, подаваемого в биореактор, их можно разделить на метантенки, для сбраживания сточных вод и бытовых отходов, отходов сельскохозяйственных производств, и органических отходов других предприятий.

Сбраживание сточных вод и бытовых отходов чаще всего производят в биореакторах двух типов. Метантенки первого, емкостно-проточного типа, выполняют в виде емкости, последовательно разделенной перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, что позволяет достигать наиболее полного использования всех жидких и газообразных продуктов распада, наиболее полной минерализации органических веществ сбраживаемой массы и увеличения количества биогаза. Метантенки второго, проточного типа, выполняют в виде горизонтального резервуара, последовательно разделенного перегородками на газовые секции и жидкостные камеры. Такая конструкция позволяет приблизить режим работы аппарата к непрерывному, создать в каждой камере оптимальные условия сбраживания, соответствующие составу биомассы на данной стадии разложения, обеспечить непрерывный отвод биогаза.

Для сбраживания отходов животноводческих ферм обычно используют метантенки емкостного типа, представляющие собой вертикальный резервуар, разделенный коаксиальной перегородкой на внешнюю и внутреннюю камеры. Биомасса последовательно сбраживается во внешней и внутренней камерах, отвод биогаза осуществляется из верхней части внутренней камеры. Сброженная масса выводится из нижней части биореактора.

Для обеспечения механизации процесса биореакторы могут оснащаться шнековыми либо скребковыми механизмами загрузки.

Для интенсификации процесса и предупреждения коркообразования, отдельные участки метантенка оборудуют перемешивающими устройствами различных типов в зависимости от конфигурации емкости, состава и гидродинамических особенностей биомассы.

Теплообменное оборудование, применяемое для поддержания принятого температурного режима выполняется, чаще всего, в виде змеевиков или рубашек.

Конструктивные особенности аппаратуры в зависимости от размеров производства

Существует условная классификация биореакторов по величине установки :

- малые, семейного типа - объем реактора до 20 м³;

- фермерские - 20 - 200 м³;

- средние - 200 - 500 м³;

- большие - свыше 500 м³.

Малые биогазовые установки отличаются простотой конструкции и представляют собой емкость, помещенную в грунт, накрытую куполом для сбора газа. Наполнение емкости может производиться вручную либо с помощью специально установленной воронки. Газовый купол либо соединяется с емкостью с помощью гидрозатвора, либо помещается непосредственно в биомассу, частично углубляясь. Используют также купола из гибких материалов, в этом случае купол увеличивается в размерах по мере наполнения газом. Перемешивание массы производят периодически вручную, существуют установки с перемешивающими устройствами, вал которых выведен через отверстие в стенке емкости или купола .

С увеличением размеров метантенка, его конструкция усложняется, приобретая следующие особенности: для постоянного вывода биогаза из всего объема реактора и разрушения корки на поверхности массы необходимо предусмотреть постоянное перемешивание, для этого в большинстве случаев используют мешалки турбинного типа. Равномерный подогрев биомассы требует размещения теплообменных элементов во всем объеме биореактора, для этого используют змеевиковые и трубчатые подогреватели. Выгрузка сброженной массы также представляет определенную проблему, которая решается следующими способами: загрузка свежей массы осуществляется в верхней части метантенка, а выгрузка отхода – в нижней либо вывод сброженной массы производится с нескольких уровней одновременно. Такой способ вывода не позволяет достичь полного разложения массы и затрудняет контроль ее состава, поэтому более целесообразной представляется проточная организация сбраживания.

Основываясь на рассмотренных особенностях конструктивного оформления биореакторов, приходим к выводу, что совокупность условий и требований к определенной биогазовой установке, позволяет проектировать ее путем подбора необходимого комплекта устройств и приспособлений.

Литература:

1. Анаеробне перероблення курячого посліду в біогаз/І.Войтович: Енергозберігаючі технології в агропромисловому комплексі: Матеріали семінару. Інформаційний бюлетень № 1.- Львів-Виноградів, 2004. -С. 20-25.

2. енергозберігаючі технології в агропромисловому комплексі//Матеріали семінару. Інформаційний бюлетень №1. - Львів-Радехів, 11-12 травня 2004р.

3. О.Щербина. Енергія для всіх. Технічний довідник. –Ужгород: Видавництво Валерія Падяка, 2000. –с.46-63.