Автор: Шаяхметов Рамиль Галимзянович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (23) декабрь 2010 г.

Статья просмотрена: 258 раз

Библиографическое описание:

Шаяхметов Р. Г. Исследование способов перемешивания в метантенках // Молодой ученый. — 2010. — №12. Т.1. — С. 43-45.

Метантенк – это железобетонный резервуар значительной ёмкости для биологической переработки (сбраживания) с помощью бактерий и др. микроорганизмов в анаэробных условиях (без доступа воздуха) органической части осадка сточных вод.

Метантенки служат для обеспечения свойств стабильности (незагниваемости) осадка при длительном его хранении либо обезвоживании в естественных условиях. Одновременно решается задача подготовки осадка к внесению в почву, так как после сбраживания усвоение элементов осадка растениями улучшается. Распад органических веществ протекает в 2 фазы. В первой фазе из углеводов, жиров и белков образуются жирные кислоты, водород, аминокислоты и пр. Во второй — происходит разрушение кислот с образованием преимущественно метана и углекислого газа.

Биологический процесс трансформации органических веществ при сбраживании осуществляется комплексом микроорганизмов, ведущая роль в котором принадлежит группе метанообразующих бактерий. Культивирование микроорганизмов этой группы представляет основную задачу службы эксплуатации. Устойчивый ход процесса обеспечивается выполнением ряда режимных параметров, важнейшими из которых являются нагрузка, сохранение и воспроизводство биомассы, условия перемешивания и поддержания температуры бродящей массы.

Различают мезофильное (при температуре 30—35 °С) и термофильное (при температуре 50—55 °С) сбраживание. При термофильном сбраживании процесс распада проходит быстрее, но сброженный осадок хуже отдаёт воду. Смесь газов, выделяющихся при сбраживании, состоит преимущественно из метана (до 70%) и углекислого газа (до 30%), и именуется общим понятием «биогаз».

Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и может многосторонне использоваться как топливо в домашнем хозяйстве и в предпринимательстве для приготовления пищи, производства электроэнергии, отопления помещений, кипячения, сушки и охлаждения.

Биогаз используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара, а также в качестве автомобильного топлива. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании. Биогаз составляет до 18 процентов общего энергобаланса этой страны. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия, здесь их 8 миллионов. Вообще не менее половины птицеферм Западной Европы отапливается биогазом.

А в Индии, Вьетнаме, Непале и других развивающихся странах строят малые, односемейные биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. Больше всего малых биогазовых установок в Китае. Еще в конце 1990 годов их там насчитывалось более 10 миллионов. Ежегодно все это оборудование производит около 7 миллиардов кубометров биогаза, что обеспечивает топливом примерно 60 миллионов крестьян. В конце 2006 года в Китае действовало уже около 18 миллионов биогазовых установок. И сегодня их применение позволяет заменить 10,9 миллиона тонн условного топлива. В Индии с 1981 по 2006 год было установлено 3,8 миллиона малых биогазовых установок. В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности этой страны к концу 2006 года было создано более 100 тысяч малых биогазовых установок.

 

 

Рис.1 Блок-схема типовой биогазовой установки

Перемешивание осадка осуществляется с целью выравнивания его состава (как средство борьбы с расслоением массы, образованием корки, равномерным распределением свежего осадка, ликвидации градиента температуры в процессе подогрева). Местные переуплотнения осадков до влажности порядка 90 % приводят к ухудшению выхода газа из микрообъемов, торможению брожения продуктами метаболизма микроорганизмов и т. п. явлениями. Длительность и интенсивность перемешивания выбирают по условиям загрузки и выгрузки осадка, предпочитая проводить загрузку и выгрузку в условиях вытеснительного режима (во избежание проскока несброженного осадка), а подогрев бродящей массы — при интенсивном перемешивании. Формирование графика загрузки, выгрузки, подогрева и перемешивания осадка целесообразно проводить в увязке с узлом обезвоживания осадков, с работой первичных отстойников и илоуплотнителей. Обычно применяют трех- или четырехкратную выгрузку осадка из первичных отстойников, что и определяет цикличность операций на метантенках.

Для увеличение объёма образовываемого биогаза процессы сбраживания в метантенке необходимо интенсифицировать.

Эффективность перемешивания биомассы в биореакторе — один из основных параметров, влияющих на работу биогазовой установки.

Перемешивание содержимого метантенка необходимо проводить с целью обеспечения эффективного использования всего объёма метантенка, исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоения осадка, отложения песка и образования корки, выравнивания температурного поля. Также перемешивание способствует выравниванию концентраций метаболитов, образующихся в процессе брожения и являющихся промежуточными субстратами для микроорганизмов или ингибиторами их жизнедеятельности, а также концентрации токсичных веществ, содержащихся в загружаемом осадке, поддержанию тесного контакта между бактериальными фер­ментами и их субстратами и т.д. Таким образом, перемешивание предназначено для поддерживания однородности среды.

Перемешивание ила в метантенке может осуществляться несколькими способами (рис. 2):

- гидроэлеваторами, в которых рабочей жидкостью служит осадок, подаваемый насосом из нижней зоны метантенка;

- пропеллерными мешалками (в вертикальном направлении), которые размещаются в центральной трубе в середине метантенка;

- насосами без гидроэлеваторов;

- рециркуляцией газов брожения при помощи компрессоров;

- при помощи устройств для подогревания осадка (паровыми инжекторами). Одновременно происходит подогрев содержимого метантенка острым паром.

Для перемешивания биомассы в метантенке часто используются механические мешалки. Подобные мешалки достаточно эффективны в небольших реакторах при переработке тяжелых субстратов. Однако если используются субстраты с малой вязкостью, да к тому же содержащие мало веществ, склонные к осаждению или образованию плавающей корки, то механические перемешивающие устройства применяют и в относительно крупных реакторах.

Конечно, механические мешалки наиболее практичны для простых небольших биогазовых установок, используемых в индивидуальных хозяйствах. В качестве такой мешалки может служить, например, обычный вал с лопатками, приводящийся в движение «от руки».

Недостатком такого способа является его малая интенсивность, однако, она вполне оправдана отсутствием энергозатрат.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Рассмотрим гидравлические способы перемешивания. Общим приемом для установок подобного типа является забор жидкости с поверхности массы и нагнетание ее в более глубокие слои. Содержимое крупных реакторов, особенно цилиндрической формы, перемешивают с помощью потоков (струй) жидкости, поступающей в реактор. Различие гидравлических способов состоит в способе нагнетания. Простейший способ —непосредственное перекачивание насосом (Рис. 3а).

Г)

 

А)

 

Б)

 

В)

 

 

 

 

 

 


Рис.3. Конструкции метантенков с различными системами гидравлического перемешивания.

А –Метантенк с простым механическим перемешиванием, Б - Метантенк с выносными циркуляционными трубами, В- метантенк с газовым перемешиванием и нижним размещением форсунок, Г - метантенк с газовым перемешиванием и верхним размещением форсунок.

 

Более сложные конструкции оборудованы выносными циркуляционными трубами, в которых установлены мешалки (Рис. 3б)

Распространены также газовые способы, когда часть выработанного газа откачивается из реактора, сжимается компрессором и нагнетается в аппарат для организации барботажа.

Газ может нагнетаться через дно, боковую стенку или купол. Каждый из этих способов имеет определенные недостатки. При размещении форсунок в дне резервуара или в нижней части боковой стенки (Рис. 3в), невозможным представляется их ремонт и замена без остановки и осушения реактора. При верхнем размещении оборудования (Рис. 3г) утяжеляется купол и усложняется его демонтаж.

Однако, газовые способы являются наиболее эффективными, потребление энергии при этом меньше, чем у гидравлических устройств.

Итак, способы перемешивания без приложения энергии применимы для малых биореакторов, в то время как остальные могут служить и для средних. Возможность, и, в особенности, необходимость установки перемешивающего устройства определяется, в первую очередь, целевым продуктом, требованиям к продуктивности и бесперебойности подачи газа.

 

 Литература:

1.      Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфарб. Метантенки.– М.: Стройиздат, 1991. - 128 с.: ил.; 22см. - (Охрана окружающей природной среды). – ISBN 5274003230: 1.90 р.

2.      Баранова И.Г., Мелай Е.С. О перемешивании биомассы, как методе повышения продуктивности метантенка НТУУ «КПИ»

3.      В.Д.Дмитриев, Д.А. Коровий, А.И. Кораблев, Г.П.Медведев и др. «Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения» Справочник – Стройиздат, Ленинградское отделение, 1976

4.      http://ws-54.ru/page/site-map/

5.      www.ntpo.com

Основные термины (генерируются автоматически): биогазовых установок, малых биогазовых установок, перемешивания биомассы, способы перемешивания, перемешивания осадка целесообразно, выносными циркуляционными трубами, Исследование способов перемешивания, усвоение элементов осадка, механические мешалки, органической части осадка, четырехкратную выгрузку осадка, задача подготовки осадка, Эффективность перемешивания биомассы, распределением свежего осадка, проскока несброженного осадка, Перемешивание осадка, предотвращения расслоения осадка, углекислого газа, гидравлические способы перемешивания, выгрузки осадка.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос