2. Методика выполнения исследований, анализ и обработка результатов

2.1 Описание технологического процесса биоконверсии многокомпонентного органического сырья в биотопливо и азотосодержащее удобрение.

Схема экспериментальной установки представлена на чертеже.

Пуск установки осуществляется с продувки системы «реактор-трубопроводы-газгольдер» азотом из баллона 36. Она осуществляется открытием вентилей 17, 20, 19, 27, 29 и 26, после чего происходит продувка системы азотом из баллона 36, открыв вентиль 11 и добавив давления на редукторе 4 до 2 атм. избыточного. Далее осуществляется герметизация систем. Перекрывается вентиль 20, на редукторе 4 баллона 36 устанавливается давление 0,5 атм., после чего перекрывается вентиль 26, затем вентиль 11. Для перевода установки в стационарный режим необходимо закрыть вентили 23 и 27. После этого осуществить регулировку давления азота в газгольдере и загрузку сырья в реактор. Далее шкафом управления 2 устанавливаются режимы частоты вращения преобразователя и интервалы включения перемешивающего устройства посредством таймера. Выставляются режимы контроля и управления УЗ датчиком 32, датчиком давления 46, расходомером 21 и 24. С помощью систем управления шкафа 1 осуществляется регулировка систем регистрации и записи показаний при помощи компьютера 15. Выводятся в режим работы датчики метана.

Следующий этап – загрузка биомассы. Загрузка и выгрузка питательной среды осуществлялась два раза в сутки. Питающий трубопровод должен быть оборудован загрузочной воронкой, шаровым краном и заглублен ниже уровня жидкости в реакторе. Приготовленная масса загружается в загрузочную воронку до верхнего уровня, открывается вентиль 42, по мере перетекания из воронки загружаемого сырья в реактор, добавляется оставшаяся масса. После визуального контроля загрузки массы реактор вентиль 42 закрывается. В реакторе осуществляется анаэробное сбраживании органические вещества разлагаются. «Метановое сбраживание» происходит при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности двух основных групп микроорганизмов. Одна группа микроорганизмов, называемая кислотообразующими или бродильными бактериями, расщепляет сложные органические соединения в более простые. Эти простые органические вещества являются источником питания для второй группы бактерий, которые превращают органические кислоты в требуемый метан. Уровень и состояние среды визуально контролируются через смотровые окошки, находящиеся на уровне жидкости и в крышке аппарата. С целью предотвращения образования пленки на поверхности биомассы и выпадения осадка осуществляется перемешивание винтовой мешалкой с регулируемой скоростью по заданной программе. Ввод мешалки в аппарат осуществляется через манжетное уплотнение, проверяемое на герметичность перед началом эксперимента. Для выгрузки шлама емкость 52 при помощи фланцев закрепляется на разгрузочном патрубке, выключается вакуумный насос 53, открывается вентиль 7, при этом вентиль 9 должен быть перекрыт. Закрывается вентиль 7, выдерживается одна минута, после чего открывается вентиль 43 на 30 секунд. Далее отключается вакуум насос 53. Емкость 52 снимается с фланца, отбирается шлам для анализа, остальное удаляется на утилизацию.

Образующийся биогаз поступает в газгольдер.

Управление давлением азота в газгольдере осуществляется следующим образом: редуктором 4 азотного баллона 35 устанавливается минимальный расход, обеспечивающий требуемой избыточное давление в газгольдере 33 на уровне 0,2 атм., которое визуально контролируется показывающим манометром 13 и управляется и регистрируется датчиком давления 46, показания которого выводятся на цифровой датчик шкафа управлениия1 и на экран управляющего компьютера 15. При этом вентиль 48 должен быть постоянно в положении «открыт». Дроссель 50 должен быть закрыт, регулирующий дроссель 49 находиться в состоянии минимального расхода сбрасываемого азота через электромагнитный клапан 14 в автоматическом режиме. Регулировка расхода газа на вентиле 49 осуществляется вручную. Возможен режим регулирования давления в газгольдере путем постоянного стравливания азота через дроссель 50, при этом расход азота подстраивается вручную согласно показаниям на манометре 13 в соответствии с требуемым давлением 0,2 МПа.

При нормальной работе реактора получаемый биогаз содержит 60 -70 % метана; 30 - 40% двуокиси углерода, а так же примеси. Соотношение СН₄ и СО₂ зависит от исходного субстрата и характеристик процесса брожения (температуры, времени пребывания массы в реакторе). Биогаз содержит также незначитель­ное количество Н₂, H₂S, N₂. Теплотворная способность биогаза 21-29 МДж/м³; 1 м³ его эквивалентен 0,7-0,8 кг условного топлива. В результате брожения из 1 т органического вещества (по су­хой массе) получается 350-600 м³ биогаза. КПД превращения энергии органических веществ в биогаз 80-90 %.