Bioreattore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il bioreattore è la base di qualsiasi impianto di biogas e la sua progettazione è soggetta a requisiti piuttosto severi. Pertanto, il corpo del bioreattore deve essere sufficientemente robusto e le sue pareti devono essere assolutamente sigillate. Sono richiesti un buon isolamento termico delle pareti e la loro capacità di resistere in modo affidabile alla corrosione. In questo caso è necessario prevedere la possibilità di carico e svuotamento del reattore, nonché l'accesso al suo spazio interno per la manutenzione.

Le forme dei reattori sono molto diverse. Pertanto, dal punto di vista della creazione delle condizioni più favorevoli per mescolare il substrato liquido, accumulare gas, rimuovere i sedimenti e distruggere la crosta risultante, è consigliabile utilizzare un serbatoio a forma di uovo. I grandi reattori di questa forma sono solitamente costruiti in cemento, quindi sono caratterizzati da elevati costi di produzione, che ne limitano notevolmente l'utilizzo. Ma i reattori ausiliari di volume più piccolo sono abbastanza facili da realizzare dalla fibra di vetro, cioè dalla resina poliestere rinforzata con fibra di vetro, e non sono così costosi.

Un serbatoio cilindrico con parti superiore ed inferiore coniche, a forma di uovo, è caratterizzato da un piccolo spazio per l'accumulo di gas, un volume limitato di torta galleggiante e una buona rimozione dei fanghi. Tuttavia, in tali reattori si creano condizioni meno favorevoli per il movimento del substrato liquido. I serbatoi di grande volume di questa forma, utilizzati negli impianti municipali per il trattamento e la decomposizione delle acque reflue, nonché i reattori a forma di uovo, sono realizzati in cemento. Tuttavia, i reattori "cilindrici" sono leggermente più economici. Nei singoli allevamenti, i reattori della forma sopra indicata, ma naturalmente di capacità inferiore, sono realizzati in acciaio o fibra di vetro. A proposito, nei reattori in fibra di vetro è più facile ottenere condizioni migliori per lo spostamento del substrato.

Fig.2. I tipi più comuni di serbatoi di bioreattore: a - a forma di uovo, b - cilindrico con parti superiore e inferiore coniche, c - cilindrico, d - cilindrico con tramezzo, e - a forma di parallelepipedo (con tramezzo ), f - cilindrico (posizionato obliquamente), g - trincea nel terreno (con coperchio).

I serbatoi cilindrici sono relativamente semplici da produrre, il che si spiega con una vasta esperienza nella costruzione di serbatoi per scopi agricoli (tramogge in acciaio, cemento, fibra di vetro per insilato e altri mangimi). Tuttavia, rispetto ai serbatoi delle forme precedenti, in un serbatoio cilindrico è impossibile organizzare condizioni sufficientemente buone per lo spostamento del substrato, e bisogna tenere conto dei costi più elevati per la rimozione dei sedimenti e la distruzione della crosta galleggiante, che è associata ad un aumento nel consumo energetico per la miscelazione della massa.

Fig.3. Impianto di biogas a due camere del tipo di flusso: 1 - pompa; 2 - camera di ricezione; 3 - camera di fermentazione; 4 - dispositivo di miscelazione; 5 - riscaldatore; 6 - camera di post-fermentazione; 7 - raccolta della massa fermentata; 8 - coclea.

Se un serbatoio cilindrico è diviso da una partizione verticale trasversale in due camere, è possibile organizzare un sistema per la produzione di biogas con utilizzo alternato delle camere del serbatoio. Inoltre, costruire un serbatoio con un divisorio costerà meno che costruire due serbatoi separati. Notiamo inoltre che con questa disposizione diminuisce il valore di isolamento termico delle pareti esterne del serbatoio, e non è molto difficile integrare un eventuale dispositivo di riscaldamento nel divisorio, realizzato in materiale sufficientemente termicamente conduttivo, che conferisce all'impianto ulteriore vantaggi progettuali.

Fig.4. Impianto biogas trincea: 1 - locale per animali; 2 - bioreattore; 3 - agitatore; 4 - afferrare; 5 - deposito per letame fermentato; 6 - serbatoio del gas.

Negli impianti di biogas semplici, per lo più piccoli, costruiti da soli, la camera di fermentazione ha solitamente la forma di un parallelepipedo (una vasca o una fossa con coperchio). Per aumentare l'efficienza, tale reattore è suddiviso da una parete verticale, creando una camera di fermentazione principale e una camera per la fermentazione finale e la sedimentazione dei fanghi. È vero, installazioni di questo tipo non consentono di raggiungere un elevato grado di decomposizione del substrato, poiché in esse è praticamente impossibile garantire né una miscelazione uniforme della massa, né il controllo del carico del volume di lavoro della camera, né la conformità con il tempo di permanenza della massa nel reattore, necessario per ottenere la massima quantità di gas. E la distruzione della crosta galleggiante e dei sedimenti è associata a costi elevati.

In un serbatoio orizzontale, il substrato viene miscelato in direzione longitudinale. Qui i reattori cilindrici in acciaio o fibra di vetro sono adatti per piccoli impianti. I serbatoi orizzontali di notevole capacità hanno la forma di un parallelepipedo e sono realizzati in cemento.

La disposizione inclinata di tali serbatoi facilita il deflusso dei fanghi verso l'apertura di scarico. Questo design è conveniente per posizionare un semplice meccanismo di miscelazione.

Un serbatoio sotto forma di trincea scavato nel terreno consente di elaborare grandi quantità di substrato. Il calcestruzzo viene solitamente utilizzato come materiale da costruzione per le pareti del reattore.

Adesso esamineremo più da vicino la progettazione di alcune tipologie di impianti di biogas già utilizzati nella pratica. Ora, sulla base di un serbatoio a forma di parallelepipedo con una parete divisoria, è stato sviluppato e funziona in modo affidabile un impianto di biogas a flusso a due camere, in cui il substrato viene prima inviato a una parte del serbatoio (camera di fermentazione), e poi scorre attraverso gravità verso l'altra parte (camera di fermentazione). Per aumentare l'efficienza operativa, tale installazione è dotata di un dispositivo di miscelazione nella camera di fermentazione, di un riscaldatore e di una coclea per rimuovere grandi inclusioni nel sedimento.

Fig.5. Impianto biogas a trincea: 1 - collettore elastico; 2 - pannelli in schiuma; 3 - camera di fermentazione; 4 - riscaldatore (caldaia).

Fig.6. Bioreattore elastico

Gli impianti di biogas a trincea stanno diventando sempre più comuni. Prendiamo ad esempio un'installazione in trincea dalla Germania. Qui, direttamente dalla stanza in cui sono tenuti gli animali, il letame, diluito con acqua, entra in un bioreattore in cui viene fermentato. L'installazione prevede la miscelazione meccanica del substrato e una benna per il carico del letame fermentato.

In un altro impianto in trincea (USA), il liquame fresco entra nella camera di fermentazione dall'alto e l'acqua riscaldata dal basso. Il collettore del gas dell'impianto è elastico e sulla superficie del substrato fermentato si trovano piastre di plastica espansa per l'isolamento termico.

Richiamiamo l'attenzione dei lettori anche sui reattori flessibili, comunemente utilizzati nei paesi del sud-est asiatico. Tali reattori (contenitori) sono realizzati in tessuto gommato denso o pellicola sintetica. Per organizzare il funzionamento di tali bioreattori, devono essere interrati o collocati all'interno di una recinzione “circolare” abbastanza resistente.

Autore: Shomin A.A.

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