Автор: В. П. Кузнецов; С. т. +7 905 068 5757; E-mail: vpk-1@yandex.ru.
Спонсор работы: АНО «Томский демонстрационно-консультационно-образовательный центр ресурсосбережения и энергоэффективности». 634034 г. Томск, ул. Белинского, 51
Аннотация: Эта статья рассказывает о симметричном коаксиальном пяти камерном биореакторе (объемом 2,65 м3) третьего поколения и его компоновки в десяти тонном контейнере. Для обеспечения мобильности биореактор и всей системы обслуживающей его работу их разместили в десяти тонном контейнере, который можно поставить на КамАЗ и перевести к источнику отходов. Проведя более масштабные исследования на этих отходах, установку перевезут к другому источнику. В связи с этим контейнер утеплен и сделаны в нем проходы к оборудованию, а именно изготовлены дополнительные двери. Укреплен пол контейнера, так как в заполненном состоянии нагрузка на пол контейнера увеличивается 1,7 раз и превышает типовую нагрузку. Контейнер оснащается системой газообмена. Он оснащается системой вывода неорганических отходов попадающих в органическое сырье. Полный объем биореактора 2,65 м3. Объем занимаемый субстратом составляет 2,12 м3. Объем занимаемый биогазом 0,53 м3. Объем перерабатываемых органических отходов влажностью 80% составляет 30952 кг/год.
Ключевые слова:Биореактор, газгольдер, насосы, емкость для накопления, фильтр биогаза, углекислый газ, пары воды, сероводород, мини энергоустановка.
Введение: Опробовав простейшие биореакторы и получив результаты [1] был разработан симметричный коаксиальный пятиамперный биореактор [2]. Этот биореактор (объемом 0,2 м3) был изготовлен, по моим эскизам, ООО «Селяна» испытан и на нем получены удовлетворительные результаты, 4670 кГ анаэробных удобрений [3,4,5]. Дальнейшее развитие идеи привело к созданию биореактора объемом 2,65 м3. Работа выполнялась под заказ Автономной некоммерческой организации «Томский демонстрационно-консультационно-образовательный центр ресурсосбережения и энергоэффективности». Мной выполнен эскизный проект этого комплекса, деталировка всех частей комплекса. При изготовлении этого комплекса в ООО «Производственная компания Техно-Универсал» г. Кемерово выполнялась консультация работников, и выполнялся авторский контроль над изготовлением этого комплекса. Комплекс продемонстрирован на Фот.1., Фото.2.
Фот.1. Контейнер в котором размещен биореактор и все системы, обеспечивающие его работу (комплекс). Комплекс установлен на фоне цеха по сепарации жидкой от твердой фракции фекальной составляющей свинокомплекса г. Томск.
Фот.2. Вид спереди и сзади комплекса. Через проемы видны газгольдер, пульт управления, биореактор, емкости для хранения субстрата и анаэробного удобрения.
Основанием для проведения работы явилась:
1. Государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на территории Томской области на 2010 – 2012 гг. и на перспективу 2020 г. Постановление Администрации Томской области от 28.10.2013 №445а.
2. Соглашение о стратегическом партнерстве между Администрацией Томской области и Фондом поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности «Энергия без границ» от 21.11.2013 г.
3. «Целевая программа поддержки научных исследований, опытно-технических работ и инновационной деятельности Фонда «Энергия без границ». Утверждена Решением Наблюдательного совета Фонда. Протокол от 20.12.2013 г. №14-13.
Основанием (Чисто житейским): явилось желание заведующего кафедры экологии ТПУ г. Томска Романенко Сергея Владимировича обеспечить магистров и аспирантов темами для научной работы и получение кафедрой плюсов.
Предлагается скоростная технология основана на переработке органических отходов в термофильном (52 оС) режиме симбиозом метаногенных бактерий. Отходы обеззараживаются и перерабатываются в комплексные анаэробные удобрения и энергоноситель в виде био-метана. Технология известна с древнего Китая, но в том виде она может работать в регионах с жарким климатом и при наличии дешёвой раб силы. Современные установки позволят перерабатывать отходы в странах с умеренным климатом: США (более 2000 установок); Канада (около 3000 установок); Германия (6000 установок); Китай (10000 установок); Россия (58 установок). Все они использующих мезофильный режим, требующий больших капитальных затрат (3 – 5 раз) и энергии, поэтому не могут быть использованы в Сибири так как энергетически не окупают себя и имеют большие материальные затраты.
Дальнейшая работа над темой утилизации позволила разработать общую технологическую схему переработки органики. Реализация этой схемы воплотилась в этой установке с реактором 2,65 м. куб. которая представлена в последующих слайдах.
Условия которые необходимо выполнить при создании комплекса.
1. Материалы, изготовление. Все металлические части ферментатора-3 м. куб., емкостей-2 м. куб., фильтров, газгольдера-2 м. куб. выполняются из нержавеющей марки стали. Конструкция установки оптимизирована с целью максимального использования готовых изделий: труб, фитингов.
Все части установки собираются отдельно, и впоследствии устанавливаются внутрь контейнера, начиная с ферментатора.
2. Подготовка и накопление субстрата. Исходная биомасса с помощью насоса-измельчителя подается в емкость для сырья. По необходимости из емкости в ферментатор поступает определенная порция сырья. Емкость рассчитана на несколько порций.
3. Сбор и очистка биометана. Образующийся биогаз попадает в систему фильтрации. Фильтры дублируются, для обеспечения непрерывности процесса очистки, при обслуживании. Биогаз сушится, из него извлекается сероводород, удаляются излишки углекислого газа. После очистки метан попадает в газгольдер, где происходит накопление газа, для последующего сбора.
4. Энергообеспечение. Метан после очистки используется для работы газового электрогенератора, обеспечивающего работу всех электрических систем, в том числе служащих источником тепла, для подогрева биомассы в ферментаторе. В реакторе реализуется термофильный режим ферментации органического сырья.
Фиг.3. Технологическая схема переработки органических отходов
Фиг.4. Компоновка комплекса
Третья разработка основанная на симметричном коаксиальном биореакторе была выполнена в 10 тонном контейнере. В нем разместились: 1- реактор которой имеет диаметр 1,5 м и высоту 1,5 м. Это устройство способно переработать за сутки 424 литра подготовленного (измельченного и доведенного до влажности 92%) органического сырья. При этом за сутки это устройство произведет:
1. Биогаза (содержащего 75% метана) минимум 6 м.куб., максимум 30 м.куб. (в зависимости от сырья). Если перевести в кВт то по минимуму 45 кВт по максимуму 225 кВт в сутки. 135-675 руб./в сутки.
2. Анаэробных удобрений 440 литр. (Оптовая цена удобрений 8000 руб./тонна) 3520 руб./сутки. (Рознечная цена 25 руб/литр) 11000руб/сутки
3. Итого: мин. – 2535 руб/сутки, мак. – 8675 руб/сутки.
Стоимость установки: Материалы и комплектующие 800.000 руб/год., работа и другие аналогичные расходы 800.000 руб/год Другие расходы: в т.ч. – аренда помещения, электроэнергия, транспортные расходы, и т.п. 800.000 руб/год.
ИТОГО расходы – 200000 руб/месяц
ИТОГО доходы – 260250 руб/месяц
Фиг.5. Детали клмплекса. Слева на право: емкость для субстрата, фильтры для очистки биогаза, биореактор, емкость для накопления анаэробных удобрений.
Фиг.6. Биореактор без шубы.
Фиг.7. Монтаж емкостей для субстрата и удобрения.
Фиг.8. Монтаж электроники (щит), газгольдера (на переднем плане) и биореактора в шубе.
Фиг.9. Через дверной проем виден биореактор в шубе, накопительная емкость для субстрата и насос измельчитель.
Фиг.10. Энергоустановка на базе электрогенератора марки «HONDA» мощностью 1000 Вт, энергоустановка утилизирует все тепло электрогенератора в том числе тепло выхлопных газов. Электрогенератор предусмотрен для работы на газе (пропан, бутан, метан).
Выводы: При правильной организации труда и из беглого расчета видно, что этот комплекс способен давать прибыль 40 тыс. руб./месяц. Значит комплекс не только научно-исследовательский, но и коммерческий. Биогаза полученного при переработки органических отходов полностью хватит для обеспечения работы комплекса.
Литература:
1. В.П. Кузнецов. Исследование процесса выделения биогаза в зависимости от температуры сбраживания и влажности субстрата приготовленного из органических отходов. 2023 г. – 10 с.: ил. https://dzen.ru/a/ZKuy9w09bGIH3ld0
2. Патент РФ на изобретение № 2544700. Устройство для утилизации органических отходов. В.П. Кузнецов, А.Н. Евдокимов 20.03.2015 Бюл. №8. 8 – с.: ил.
3. В.П. Кузнецов. Экологические аспекты утилизации отходов производства пищевых продуктов, животноводческих ферм и ЖКХ городов и поселков. 2023 г. – 10 с.: ил.
4. Ролик: Симметричный коаксиальный пяти камерный биореактор объемом 0,2 м3. Автор: В.П. Кузнецов. 2023 г. – 80 сек.: https://dzen.ru/video/watch/640571efef23f76cf405bc5a
5. Ролик: Определение концентрации метана в биогазе полученного в коаксиальном пяти камерном биореакторе объемом 0,2 м3. Автор : В.П. Кузнецов. 2023 г. - 512 сек. https://www.youtube.com/watch?v=QBwGbWRSFek&list=PLi8cE9D22S1h0aWs1U3lj-VqLJ2eiZTLO&index=2
Что такое биогаз смотри на https://studio.youtube.com/video/QBwGbWRSFek/edit