5.2 Газгольдер
Стационарная стальная ёмкость для приёма, хранения и выдачи газа в газораспределительной сети или установки по его переработке и применению; используются также для смешения различных газов, измерения их количества. По принципу работы различают газгольдеры переменного и постоянного объёма; по форме - сферические и цилиндрические.
Газгольдеры переменного объёма подразделяются на мокрые и сухие; работают при давлении до 4 кПа. Мокрые газгольдеры представляют собой вертикальную конструкцию, выполненную из двух-трёх подвижных звеньев, верхней подвижной части (колокола) и стационарной нижней (водяного бассейна). При наполнении газгольдера вначале происходит поднятие колокола, затем звеньев. Зацепление звеньев между собой обеспечивается специальным устройством гидравлического затвора, служащего, в свою очередь, уплотнением. Для предотвращения перекоса звеньев при их вертикальном перемещении газгольдер оборудуется системой внешних и внутренних направляющих. Величина давления зависит от массы колокола, звеньев, воды, находящейся в затворах, объёма и плотности газа.
Сухие газгольдеры выполнены в виде неподвижного вертикального цилиндрического корпуса, внутри которого установлен поршень, перемещающийся по мере подачи газа. Для предотвращения перетекания газа в пространство над поршнем служит уплотняющее устройство (затвор), газонепроницаемость которого обеспечивается специальным маслом, застывающим при низкой температуре. Для предохранения газгольдера от переполнения газом он оборудуется предохранительными клапанами, вывод газа из газгольдера в атмосферу может также осуществляться вручную с помощью задвижки.
Газгольдеры постоянного объёма работают при давлении 4 кПа - 3 МПа, величина которого, в отличие от газгольдера первого типа, изменяется в процессе их наполнения и опорожнения. Выполняются газгольдеры сферическими, собираемыми из отдельных лепестков, и горизонтальными или вертикальными цилиндрическими, ограничиваемыми на концах полусферами.
5.3 Перемешивание
Система перемешивания сбраживаемой массы в биореакторе (метантенке) повышает эффективность работы биогазовых установок и должна обеспечивать:
- высвобождение образующегося биогаза;
- перемешивание свежего субстрата и популяции бактерий;
- предотвращение формирования корки и осадка;
- предотвращение появления участков разной температуры внутри реактора;
- равномерное распределение популяции бактерий;
- предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих рабочую площадь реактора.
Основные способы перемешивания сырья: механические мешалки - механическое перемешивание; биогаз, пропускаемый через толщу сырья - пневматическое перемешивание; перекачивание сырья из верхней зоны реактора в нижнюю - гидравлическое перемешивание.
5.4 Технология анаэробного сбраживания пищевых коммунально-бытовых отходов
Нами предлагается провести разработку технологии утилизации коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания на установках небольшой производительности, которые могли бы располагаться вблизи источников образования или временного накопления отходов и производить утилизацию (переработку), реализуя не только экологическую функцию, но и образуя полезную вторичную продукцию. Предлагаемый нами способ сбора и утилизации (переработка) пищевых отходов методом анаэробного сбраживания базируется на адаптации сырьевых комплексов к технологическим условиям переработки анаэробными бактериями, при этом подбор рецептур и технологических параметров обеспечивают наибольшую эффективность процесса биосинтеза. Для биодеструкции комплексов (многокомпонентной смеси) пищевых коммунально-бытовых отходов наиболее целесообразно использовать подобранный консорциум микроорганизмов состоящий из бактерий Bacillussubtitles, Pseudomonasaeruginosa, Pseudomonasfacilis, Erwiniaamylovora, Arthrobacterspecies, Methanosarcinabarken, Methanococcusmazei, Me-thanobacteriumcariacimarisnigri, Methanospirillumhungatei. Дополнительно вводили Cellulomonaseffusa. Данный консорциум позволит проводить биодеструкцию сырья с получением биогаза. Подробное описание консорциума и осуществление его подбора приведены в пункте 8 настоящего отчета. Главным преимуществом предлагаемой технологии является возможность утилизации пищевых отходов сложного морфологического и непостоянного состава. Получение на выходе экологически безопасных продуктов. Экспериментальная установка анаэробного сбраживания коммунально-бытовых отходов (рис. 5.1) обеспечивает утилизацию пищевых коммунально-бытовых отходов, снижение их категории опасности и повышение степени экологической безопасности.
Рисунок 5.1 – Технологическая схема процесса анаэробного сбраживания органического сырья с получением биотоплива:
ГЛ – газгольдер мокрый колокольного типа, Р – реактор Р-300; ФУ – факельная установка.
Работа экспериментальной установки анаэробного сбраживания приведена в пунктах 11, 18 настоящего отчета.
Для осуществления анаэробного сбраживания пищевых отходов необходимо обеспечить следующие условия:
- поддержка анаэробных условий в реакторе;
- соблюдение температурного режима;
- доступность питательных веществ для микроорганизмов;
- соблюдение кислотно-щелочного баланса;
- соблюдение соотношения углерода и азота;
- выбор правильной влажности;
-регулярное перемешивание;
- отсутствие ингибиторов процесса.
Жизнедеятельность метанообразующих бактерий возможна только при отсутствии кислорода в реакторе биогазовой установки, поэтому нужно следить за герметичностью реактора и отсутствием доступа в реактор кислорода.
Наилучшим образом сбраживание происходит при температуре 30-40о С. Процесс биометанации очень чувствителен к изменениям температуры. Степень чувствительности определяется рамками, в которых происходит переработка отходов. В процессе ферментации изменения температур допускается:
- мезофильныемикроорганизмы: ±2 о С в час;
- термофильные микроорганизмы: ±1 о С в час.
Метанообразующие бактерии лучше всего приспособлены для существования в нейтральных или слабощелочных условиях(ph=6,5-8). Иногда кислотообразующие бактерии начинают размножаться быстрее, чем метановые, из-за концентрации свободных жирных кислот в бродильной камере возрастает и происходит «закисление». В этом случае в реактор следует добавить горячую воду, известковое молоко или соду.
Одним из наиболее важных факторов, влияющих на метановое брожение, является соотношение углерода и азота в перерабатываемом сырье. Если соотношение C/N чрезмерно велико, то недостаток азота будет служить фактором, ограничивающим процесс метанового брожения. Если же это соотношение слишком мало, то образуется такое большое количество аммиака, что он становится токсичным для бактерий.
Разработка основ технологии утилизации коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания заключается в разработке установки анаэробного сбраживания пищевых коммунально-бытовых отходов. Она состоит из следующих элементов: камеры сбраживания (реактора, ферментатора, метантенка), нагревательного устройства (теплообменника), устройства для перемешивания и газгольдера. Осуществления подбора консорциума микроорганизмов для утилизации пищевых коммунально-бытовых отходов методом анаэробного сбраживания. Формулировки и поддержании условий осуществления анаэробного сбраживания. Разработки математической модели тепло- и массообменных процессов в реакторе анаэробного сбраживания.