Биореактор для метанизации биомассы с большой фракцией твердых веществ

012255 Изобретение относится к биореактору для метанизации биомассы с большой фракцией твердых веществ, как указано в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Термин биомасса с большой фракцией твердых веществ должен пониматься как биомасса, противоположная жидкой биомассе, способной перекачиваться насосом, используемой при влажной ферментации. Таким образом, под биомассой с большой фракцией твердых веществ понимается биомасса,которую нельзя перекачивать насосом. Биореактор согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения известен из патента ЕР 1301583 В 1, содержание которого полностью включено сюда путем ссылки с целью избежать ненужных повторений. Этот хорошо известный биореактор представляет собой ферментационный резервуар, подобный гаражу-ракушке, который герметично закрывается посредством створки. Загрузка неферментированной биомассы и выгрузка ферментированной биомассы могут осуществляться посредством колесного погрузчика. Поскольку биомасса в процессе ферментации оседает, биомасса прижимается к створке. Поэтому створка должна обладать достаточно прочной конструкцией и должна также закрываться с высокой точностью для того, чтобы в достаточной степени герметизировать ферментационный резервуар. Такая обладающая большой прочностью створка, способная в то же время перемещаться с высокой точностью, является дорогостоящей. Кроме того, существует опасность того, что створка потеряет герметичность и способность с точностью закрываться при высокой нагрузке со стороны биомассы. Для того чтобы решить эту проблему, DE 2002005014176.3 предлагает удерживающую систему, помещенную позади створки, которая не позволяет осаждающейся биомассе прижиматься к створке. В DE 10257849 А 1 описан гаражный ферментер, в котором происходит аэрация биомассы биогазом,проходящим со дна через ситовое основание. Это ситовое основание действует соответственно как дренажная система для дренажа перколята, который, как в нашем случае, может подвергаться циркуляции посредством насоса. Контроль уровня заполнения, однако, не упоминается. В DE 10129718 А 1 описан вертикальный ферментер для метанизации бытовых биологических отходов с использованием непрерывной загрузки и извлечения через отдельные проемы посредством винтового конвейера. Перколят отделяют посредством ситового основания и прокачивают посредством насоса, но без контроля уровня заполнения перколята.DE 4444462 А 1 также относится к вертикальному ферментеру, в котором загрузка биомассы является порционной, осуществляется сверху с обеспечением газонепроницаемости, биомасса во время ферментации опускается вниз и извлекается в этом месте отдельными порциями с обеспечением газонепроницаемости. Контролируемая рециркуляция фильтрационной воды используется для перемещения органических кислот, образующихся в верхней части нижней области реактора, в которой имеет место ферментация. Установлено, что доля твердых веществ в биогенном материале составляет от 30 до 50%. В DE 20121701 U1 описана двухступенчатая система, которая содержит два реактора. В первом реакторе при мокром процессе биомассу держат плавающей в обрабатывающей жидкости, содержащей анаэробные бактерии, и перемещающейся таким образом от загрузочного отверстия к разгрузочному отверстию. Биомассу орошают путем рециркуляции обрабатывающей жидкостью. Обрабатывающая жидкость передается во второй реактор, в котором подвергается ферментации. Биогаз генерируется в биомассе, и перколят стекает по дренажной системе, если необходимо, в обоих реакторах. В качестве альтернативы мокрому процессу возможна обработка биомассы с большой фракцией твердых веществ в первом реакторе. В этом случае биогаз образуется главным образом во втором реакторе. Контроль уровня заполнения обрабатывающей жидкостью не упоминается. ЕР 0803568 А 1 описывает установку для получения биогаза посредством ферментации биомассы с содержанием твердых веществ примерно 25% по сухому веществу. Установка содержит несколько реакторов, соединенных между собой таким образом, что материал, извлеченный из реакторов, может подаваться нацеленным образом в другие реакторы для обеспечения индивидуального и оптимального технологического контроля в каждом реакторе. Патент DE 3719564 А 1 раскрывает биореактор согласно ограничительной части п.1 формулы настоящего изобретения. Хотя выход газа из биомассы и время нахождения биомассы в реакторе во многих случаях являются достаточными, может оказаться желательным повышение выхода газа и/или сокращение времени нахождения биомассы в реакторе. Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании биореактора, известного из ЕР 1301583 В 1, таким образом, чтобы повысить выход газа и сократить длительность пребывания биомассы в ферментационном резервуаре. Эта задача решается посредством биореактора типа, указанного в ограничительной части формулы,имеющего отличительные признаки п.1 формулы изобретения. Во время ферментации низковлажной, т.е. не перекачивающейся насосом биомассы, из влаги, содержащейся в биомассе, образуются перколяционные жидкости, т.е. перколят, причем указанный перколят отводят посредством дренажной системы и, в случае необходимости, снова возвращают сверху в ферментируемую биомассу. Авторы обнаружили, что выход биомассы значительно возрастает - на поря-1 012255 док от 10 до 40% - когда полученный перколят не отводится сразу посредством дренажной системы, но собирается вместо этого в ферментационном резервуаре до определенного уровня. Этого достигают посредством устройства, в котором ферментационный резервуар является непроницаемым для жидкостей,т.е. в котором створка для загрузки и разгрузки ферментационного резервуара должна быть непроницаемой для жидкости, а также должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать возникающее в результате давление жидкости. Путем соединения дренажной системы для дренажа перколята и системы контроля уровня перколята можно регулировать и контролировать уровень жидкого перколята в подвергаемой ферментации биомассе таким образом, чтобы максимизировать интенсивность выработки биогаза или выход биогаза. Согласно предпочтительному варианту изобретения по п.2 система контроля уровня перколята содержит накопитель перколята, соединенный с дренажной системой для дренажа перколята посредством канала для выпуска перколята. В канале для выпуска перколята расположен клапан, посредством которого перколят, образующийся в ферментационном резервуаре, может быть накоплен до нужной высоты. При этом высоту уровня перколята регулируют таким образом, чтобы выход газа был максимальным. Выпуск перколята в накопитель перколята происходит под действием силы тяжести. Согласно предпочтительному варианту изобретения по п.3 в канале для выпуска перколята расположен насос для перколята для того, чтобы обеспечить не зависящий от силы тяжести выпуск перколята в накопитель перколята. В этом случае насос для перколята может одновременно выполнять также функции клапана. Согласно предпочтительному варианту изобретения по п.4 датчик уровня заполнения является простым датчиком давления, который размещен в канале для выпуска перколята в области основания ферментационного резервуара. Такие датчики давления недороги и устойчивы к воздействию химически агрессивного перколята. Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения по п.5 система контроля уровня перколята содержит также линию рециркуляции перколята, предназначенную для возврата перколята из накопителя обратно в ферментационный резервуар известным способом. Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения по п.8 в накопителе перколята установлены наполнители, в которых могут особенно хорошо собираться биогаз, микроорганизмы. Согласно п.9 этого достигают простым путем, помещая в накопитель перколята неподвижный слой биомассы с большой фракцией твердых веществ. Таким образом, и сам накопитель перколята служит биореактором, а биогаз может отводиться из накопителя перколята. Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения по п.10 множество биореакторов согласно изобретению могут быть соединены между собой для получения системы генерирования биогаза. Множество биореакторов содержат при этом общий накопитель перколята. Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения по п.11 в этом случае отдельные биореакторы дополнительно соединены между собой (соединительными) линиями для перколята. Таким образом можно, например, устанавливать одинаковый уровень жидкости в отдельных биореакторах. Дополнительные детали, признаки и преимущества изобретения возникают из следующего описания приведенных в качестве примера вариантов изобретения со ссылкой на чертежи, на которых: фиг. 1 - схематический вид в перспективе биореактора по изобретению; фиг. 2 - вид биореактора по фиг. 1 в сечении, перпендикулярном направлению загрузки и разгрузки; фиг. 3 - схематический вид плиты основания биореактора по фиг. 1 и 2, соответственно; фиг. 4 - схематический вид в сечении биореактора по фиг. 1-3; и фиг. 5 - схематический вид примерного выполнения системы генерирования биогаза, содержащей множество биореакторов по изобретению. На фиг. 1-4 показано примерное выполнение биореактора или реактора для получения биогаза 1 по изобретению. Биореактор содержит кубоидный ферментационный резервуар 2, который заполнен биомассой 4. Ферментационный резервуар 2 выполнен из бетона в форме изготовленного заводским способом гаража-ракушки и содержит шесть плоских стеновых элементов, в частности плиту основания 6, две боковые стенки 8 и 9, крышу 10, заднюю стенку 12 и открытую переднюю сторону, которая закрывается посредством газонепроницаемой створки 14. Створка 14 может приводиться в действие гидравлическим механизмом 16. Когда створка 14 открыта, можно простым образом заполнить ферментационный резервуар 2 или удалить из него остатки биомассы, смотря по обстоятельствам. Генерирующийся в ферментационном резервуаре 2 биогаз отводят через канал 18 для выпуска биогаза. В плите основания 6 ферментационного резервуара 2 и, возможно, в боковых стенках 8 и 9 может быть размещена нагревательная система 20 (см. фиг. 3) типа системы для подогрева пола, посредством которой можно соответствующим образом поддерживать температуру биомассы 4, находящейся в ферментационном резервуаре 2. В отношении деталей данной конструкции мы отсылаем читателя к ЕР 1301583 В 1. Также в плиту основания 6 встроена дренажная система 22 для дренажа перколяционной жидкости,обеспеченная путем небольшого наклона плиты основания 6 в направлении створки 14 и посредством канала 24, размещенного в передней части ферментационного резервуара позади створки 14. Канал 24-2 012255 продолжается перпендикулярно продольному направлению загрузки и разгрузки ферментационного резервуара 2 и покрыт перфорированным или имеющим щели листом 26. В приведенном в качестве примера варианте показан только один канал 24. С другой стороны, можно обеспечить множества таких каналов, которые также могут располагаться в перпендикулярном или продольном направлении. Высоту уровня 28 перколята регулируют или контролируют посредством системы 30 контроля уровня перколята. Система 30 содержит канал 32 для выпуска перколяционной жидкости или перколята,посредством которого перколят, скапливающийся в канале 24, выпускают в накопитель 34 перколята. Канал 32 для выпуска перколята может быть блокирован посредством клапана 36, так что перколят, собирающийся в ферментационном резервуаре 2, может собираться до желаемого уровня 28. Насос 38 для перколята размещен в канале 32 для выпуска перколята, чтобы обеспечить не зависящую от силы тяжести передачу перколята в накопитель 34. Высота уровня 28 перколята в резервуаре 2 определяется датчиком уровня заполнения, в качестве которого используют датчик давления 40. Датчик давления 40 расположен в канале 32 для выпуска перколята перед клапаном 36. Датчик давления 40, клапан 36 и насос 38 для перколята соединены с блоком управления 44 линиями управления. Посредством дополнительных линий управления 46 на блок управления возможна передача дополнительных технологических параметров, таких, например, как интенсивность образования газа, давление газа внутри ферментационного резервуара и т.д. Таким путем можно регулировать уровень 28 перколята посредством блока управления 44 таким образом, при котором интенсивность образования газа поддерживается на максимальном уровне. На фиг. 1, где показан только схематический вид варианта изобретения, накопитель 34 перколята расположен под ферментационным резервуаром. Благодаря наличию насоса 38 для перколята в канале 32 для выпуска перколята, накопитель 34 перколята может также располагаться на той же высоте, что и ферментационный резервуар 2. На фиг. 4 клапан 36 расположен в направлении выпуска перед насосом 38 для перколята. С другой стороны, клапан 36 может быть также расположен после насоса 38 для перколята. В этом случае в зумпфе насоса 38 для перколята может быть также расположен датчик давления 40. В соответствующем варианте насоса 38 для перколята этот насос может также выполнять функцию клапана 36, т.е. во время остановки насос 36 для перколята блокирует канал 32 для выпуска перколята, чтобы обеспечить накопление перколята в ферментационном резервуаре. На фиг. 5 схематически показана система генерирования биогаза, которая содержит пять биореакторов и ферментационных резервуаров от 2-1 до 2-5 соответственно, согласно фиг. 1-4. Пять ферментационных резервуаров от 2-1 до 2-5 соединены пятью каналами для выпуска перколята от 32-1 до 32-5 с общим накопителем перколята 34. В каждом канале 32-i для выпуска перколята размещен насос 38-i для перколята, который выполняет также функцию клапана 36 в варианте по пп.1-4. Датчик давления 40-i для определения уровня перколята в соответствующем ферментационном резервуаре 2-i расположен в зумпфе каждого из отдельных насосов 38-i. Перколят из общего накопителя 34 может возвращаться в соответствующие ферментационные резервуары 2-i по линии 48 рециркуляции перколята, содержащей насос 50 рециркуляции перколята. Уровень 28 перколята можно контролировать и регулировать посредством блока управления 44. Блок управления 44 соединен с датчиками давления от 40-1 до 40-5 и приводит в действие насосы для перколята от 38-1 до 38-5 и насос 50 рециркуляции перколята. Соответствующие линии управления подключены согласно фиг. 4, но не показаны на фиг. 5 ради наглядности. Кроме того, ферментационные резервуары 2-i могут быть также соединены между собой линиями для перколята (не показаны). Список позиций на чертежах: 1 - биореактор,2 - ферментационный резервуар,4 - биомасса,5 - плита основания,8 - боковая стенка,9 - боковая стенка,10 - крыша,12 - задняя стенка,13 - открытая передняя сторона,14 - загрузочная и разгрузочная створка,16 - гидравлическая система,18 - канал для отвода биогаза,20 - нагревательная система,22 - дренажная система для дренажа перколята,24 - канал,26 - перфорированный или имеющий щели лист,28 - уровень перколята в ферментационном резервуаре,30 - система контроля уровня перколята,-3 012255 32 - канал для выпуска перколята,34 - накопитель перколята,36 - клапан,38 - насос для перколята,40 - датчик давления,42 - линии управления,44 - блок управления,46 - дополнительные линии управления,2-i - ферментационный резервуар,32-i - канал для выпуска перколята,38-i - насос для перколята,48 - линия рециркуляции перколята,50 - насос для рециркуляции перколята. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Биореактор для метанизации биомассы (4) с большой фракцией твердых веществ, который содержит закрываемый герметично для газа и жидкости ферментационный резервуар (2); канал (18) для выпуска биогаза; загрузочное и разгрузочное отверстие (14) для заполнения и опорожнения ферментационного резервуара биомассой (4) и дренажную систему (22) для дренажа перколяционных жидкостей или перколята в основании (6) и/или в стенках (8, 9, 12) ферментационного резервуара (2); отличающийся тем, что дренажная система (22) соединена с системой (30) контроля уровня (28) жидкого перколята в ферментационном резервуаре (2). 2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что система (30) контроля уровня перколята содержит накопитель (34) перколята, соединенный с дренажной системой (22) перколята посредством канала(32) для выпуска перколята; клапан (36), размещенный в канале (32) для выпуска перколята; датчик уровня заполнения (40) для определения уровня (28) жидкого перколята в ферментационном резервуаре (2). 3. Биореактор по п.2, отличающийся тем, что система (30) контроля уровня перколята содержит насос (38) для перколята, размещенный в канале (32) для выпуска перколята. 4. Биореактор по п.2 или 3, отличающийся тем, что датчик уровня заполнения является датчиком давления (40), который расположен в канале (32) для выпуска перколята или в ферментационном резервуаре. 5. Биореактор по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что система (30) контроля уровня перколята содержит линию (48) рециркуляции перколята, которая соединяет накопитель (34) перколята с верхней частью ферментационного резервуара (2). 6. Биореактор по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что загрузочное и разгрузочное отверстие (14) предпочтительно снабжено створкой с гидравлическим приводом, которая герметично закрывает ферментационный резервуар с утопленной кромкой. 7. Биореактор по п.6, отличающийся тем, что снабжен удерживающим устройством, расположенным в ферментационном резервуаре (2) в направлении заполнения позади створки (14), так что загруженная биомасса (4), по меньшей мере, частично опирается на удерживающее устройство. 8. Биореактор по любому из пп.2-7, отличающийся тем, что в накопителе (34) перколята установлены наполнители, в которых могут собираться генерирующие биогаз микроорганизмы, при этом накопитель (34) перколята содержит линию отвода биогаза. 9. Биореактор по п.6, отличающийся тем, что наполнители в накопителе (34) перколята образуют неподвижный слой биомассы с большой фракцией твердых веществ. 10. Система генерирования биогаза, содержащая множество биореакторов (2-i) по любому предшествующему пункту и общий накопитель (34) перколята. 11. Система генерирования биогаза по п.10, отличающаяся тем, что большинство отдельных биореакторов (2-i) соединены между собой линиями для перколята.