Технические науки/ 5. Энергетика
Баранова И.Г., Мелай Е.С.
НТУУ «КПИ»
О перемешивании
биомассы, как методе повышения продуктивности метантенка
Эффективность работы
метантенков в большой степени зависти от таких факторов, как вид сбраживаемых
отходов, кислотность среды, температурный режим, наличие перемешивающих
устройств. Поскольку, в большинстве случаев, сбраживанию подлежат заранее
определенные отходы, кислотность среды также однозначна и неизменна, она, как и
температурный режим, должна строго соответствовать физиологическим и
биохимическим свойствам метаногенных бактерий, то лишь перемешивание может
рассматриваться как необязательная, но желательная мера. Отсутствие
перемешивающих устройств может негативно сказаться на жизнедеятельности
реактора большого объема, в котором образуется большое количество пены на
поверхности и резко снизится активность метаногенов в глубинных слоях биомассы.
Естественно, с повышением эффективности перемешивания, возрастают и
энергозатраты на его осуществление. Следовательно, в установках малого объема
(до 2 м3) возможно не устанавливать перемешивающие устройства или
ограничиться простейшим ручным средством [2]. Установки средних размеров могут
быть оборудованы умеренно продуктивными и в небольшой степени энергоемкими устройствами.
Однако, если речь идет об установке бóльшего размера, перемешивание
неизбежно. Рассмотрим наиболее приемлемые способы.
Представляют интерес способы перемешивания, не
требующие приложения механической энергии, при этом перемешивание
осуществляется за счет силы тяжести. Этот эффект достигается в аппаратах
проточного типа, находящихся под определенным наклоном к линии горизонта, а их
камера разделена на несколько секций перегородками [4] (Рис. 1).
Рисунок 1–Метантенк проточной конструкции.
Перетекая в каждую
следующую секцию, вследствие разности плотностей биомассы на последовательных
стадиях сбраживания, содержимое секции перемешивается, высвобождая газ из
нижних слоев. Подобный принцип применим и для вертикальных аппаратов
коаксиальной конструкции (Рис. 2), когда свежая порция массы подается во
внутреннюю или внешнюю часть реактора, вытесняя часть сброженной [3].
Рисунок 2 –
Метантенк коаксиальной конструкции.
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.
Различие этих способов состоит в способе нагнетания. Простейший
способ—непосредственное перекачивание насосом (Рис. 3).
Рисунок 3
–Метантенк с простым механическим перемешиванием.
Более сложные конструкции
оборудованы выносными циркуляционными трубами, в которых установлены мешалки
(Рис. 4) [1].
Рисунок 4
–Метантенк с выносными циркуляционными трубами.
Распространены также
газовые способы, когда часть выработанного газа откачивается из реактора,
сжимается компрессором и нагнетается в аппарат для организации барботажа [1].
Рисунок 5 – метантенк с газовым перемешиванием и
нижним размещением форсунок.
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. 5), невозможным
представляется их ремонт и замена без остановки и осушения реактора. При
верхнем размещении оборудования (Рис. 6) утяжеляется купол и усложняется его
демонтаж.
рисунок 6 – метантенк с газовым перемешиванием и
верхним размещением форсунок.
Однако, газовые способы
являются наиболее эффективными, потребление
энергии при этом меньше, чем у гидравлических устройств.
Итак, способы перемешивания
без приложения энергии (Рис.1,2) 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.
Arthur C. Schlicht. The Gaslifter. A
time-honored, proven anaerobic digester mixing system. Walker Process
Equipment,
2.
Альтернативні палива та інші
нетрадиційні джерела енергії. Підручник для енергетичних і екологічних
спеціальностей вищих навчальних закладів Під ред. В. Льотко. І-Ф: 2000.