Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Для проведення періодичного процесу перероблення органіч­них відходів в біореакторі існують різні конструкції пристроїв.

Відомий пристрій для готування компосту, що складається із двох теплоізольованих корпусів, розташованих горизонтально один над іншим. У кожному корпусі встановлена пара шнеків із проти­лежною навивкою. Субстрат переміщається від завантажувальної горловини у верхньому корпусі до перевантажу вального патрубка й у зворотному напрямку убік вивантажувальної горловини. Підігрі­тий у калорифері повітря подасться в камери кожного корпуса під тиском.

Неоднорідність одержуваного продукту внаслідок продувки повітря в одному напрямку, що приводить до виникнення значного перепаду температури й вологості субстрату; наявність переванта­жувального патрубка знижує надійність функціонування пристрою є недоліками пристрою.

Також відомий пристрій для готування компосту, що склада­ється з підстави й горизонтально встановленого на опорних котках з можливістю обертання циліндричного барабана. На поворотній рамі розташований барабан. Кут нахилу барабана до горизонталь­ної площини за допомогою підйомного силового механізму встано­влюють рівним 5-7° для забезпечення завантаження й вивантаження субстрату.

Установка має наступні недоліки; для завантаження й виван­таження субстрату необхідний підйом платформи з біореактору, що ускладнює конструкцію й вимагає додаткових витрат енергії; пос­тійний напрямок потоку повітря системи вентиляції викликає знач­ну неоднорідність параметрів процесу.

Вертикальну ємкість являє собою пристрій для готування компосту по міжнародному патенту WO 00/02832 [24]. Система пе­ремішування розміщена усередині ємкості й складається з вертика­льного вала, що обертається, і перпендикулярно розташованих ло­паток для перемішування субстрату. Через лопатки системи пере­мішування проводиться подача повітря в об’єм субстрату. За раху­нок нахилу однієї з лопаток здійснюється перемішування субстра — ТУ-

Підтримка заданої температури здійснюється подачею підігрі­того повітря на початку процесу. При досягненні заданої темпера­тури подачу повітря припиняють. Температура виміряється датчи­ком, розташованим у верхній частині біореактору. Таким чином, у даній конструкції проводиться керування температурою субстрату зі зворотним зв’язком по температурі вихідного повітря системи ве­нтиляції.

До недоліків пристрою можна віднести неоднорідність пара­метрів процесу, що виникає внаслідок постійного напрямку потоку повітря системи вентиляції.

Пристрій для готування біомаси по міжнародному патенту WO 02/16288 [1] випускається під торговельною маркою «HotRot». Пристрій складається з горизонтально розташованої теплоізольова — ної камери із пристроєм, що перемішує і здійснює переміщення субстрату. Система керування процесом перероблення органічних відходів виконана на базі мікропроцесора й одержує сигнали від датчиків, установлених у камері, які дозволяють управляти швидкі­стю вентиляції для підтримки температури повітря й концентрації С02 у камері в заданому діапазоні за допомогою керування венти­лятором, що регулюють потік повітря в системі вентиляції. Підтри­мувати конценграціїо ССЬ і температуру повітря в камері біореак — тору на заданому рівні дозволяє потік повітря системи вентиляції.

Пристрій має наступні недоліки: неефективна подача повітря за об’ємом субстрату; односпрямована подача повітря приводить до виникнення просторового градієнта температури й вологості за об’ємом субстрату; керування температурою субстрату проводить­ся на підставі вимірюваної температури повітря системи вентиля­ції; застосування зовнішнього підігріву приводить до підвищеної витрати енергії.

Існуючі конструкції біореакторів перероблення органічних ві­дходів з аналізу вітчизняних і закордонних пристроїв перероблен­ня органічних відходів можна зробити вивід, що вони мають зага­льний недолік: односпрямований потік повітря приводить до знач­ної неоднорідності параметрів процесу. Виникнення цього явища пояснюється тим, що потік повітря при русі за об’ємом субстрату змінює свої параметри (нагрівається й зволожується). Це приводить до зміни швидкості випарного охолодження й в остаточному під­сумку значному розкиду параметрів процесу за об’ємом біореакто — РУ-

Неоднорідність параметрів процесу можна знизити різними способами. Найпоширенішим з них є перемішування субстрату, що вимагає додаткових витрат енергії. За раху нок однорідності пара­метрів повітря системи вентиляції (температури й вологості) у той же час, можна досягти рівномірної швидкості випарного охоло­дження субстрату. Для цього потрібно забезпечити додаткову по­дачу повітря із заданими параметрами при його русі уздовж осі біо — реактору, що компенсує нагрівання й зволоження повітря при ви­парнім охолодженні субстрату й в остаточному підсумку’ дозволить досягти мінімальної неоднорідності параметрів процесу.

Розробка моделі тепломасообміну субстрату перероблення ор­ганічних відходів з повітрям системи вентиляції потрібна для оцін­ки впливу додаткової подачі повітря на параметри процесу. Відома модель, що описує тепломасообмін, який виникає при випарнім охолодженні в процесі твердофазної ферментації зерна кукурудзи для мікробіологічного виробництва [27]. Може бути описаний ви­значеннями капілярно-пористого середовища вихідний субстрат, використовуваний при компостуванні, також як і зерно кукурудзи. На основі моделі [27] може бути побудовано модель тепломасооб­міну субстрату перероблення органічних відходів з повітрям систе­ми вентиляції. Ідентифікації емпіричних співвідношень для суб­страту перероблення органічних відходів заважає використання ро­зробленої моделі для моделювання процесу перероблення органіч­них відходів.

Із другої половини ХХ-го століття розробляються математичні моделі процесу перероблення органічних відходів. З 1976 по 2007 рік опубліковано більш 50 робіт, присвячених цієї проблемі. Огляд існуючих моделей даний у роботі [ЗІ]. Модель Хога (Haug) одер­жала найбільш широке застосування [16]. Ця модель побудована на основі теплового й масового балансів, у які включені біологічні процеси тепловиділення й вологоутворення, описувані рівнянням кінетики першого порядку-

У цей час в опублікованих дослідженнях питання оптимально­го керування процесом перероблення органічних відходів не розг­лядається, незважаючи на велику кількість досліджень, присвяче­них моделюванню процесу перероблення органічних відходів.

Температура субстрату й концентрація кисню, керування яки­ми здійснюється за рахунок системи вентиляції є найбільш важли­вими параметрами процесу перероблення органічних відходів, що вимагають оперативного керування. У цей час у літературі відсутні опубліковані дослідження, присвячені оптимальному керуванню системою вентиляції.

Керування системою вентиляції у сучасних промислових при­строях перероблення органічних відходів здійснюється за рахунок зміни витрати повітря [44] або повернення відпрацьованого повітря назад у біореактор (рециркуляція). Звичайно на практиці викорис­товується рециркуляція відпрацьованого повітря.

Можна виділити два основні режими рециркуляції:

> повна (на вхід біореактору подається або свіже, або відп­рацьоване повітря);

> часткова (відпрацьоване повітря змішується зі свіжим і

подається на вхід біореактору [43]).

Часткова рециркуляція дозволяє забезпечити точну підтримку аеробних умов процесу й температурного режиму, однак вимагає використання як регулюючого органа повітряної заслінки, що при­водить до подорожчання системи, ускладнює її настроювання й експлуатацію. Використовувати повітряний клапан, що спрощує конструкцію регулювального органа дозволяє застосування повної рециркуляції. До збільшення частоти перемикання в активній стадії процесу, що створює більше навантаження на регулювальний орган приводить вимога забезпечення аеробних умов.

У Німеччині, інших країнах ЄС, північній Америці найбільше поширення одержав біореактор фірми Herhof Umwelttechnik GmbH. Пристрій складається з нерухливого контейнера (гнізда) з органі­чними відходами, у підставу якого безупинно подається потік пові­тря системи вентиляції. Це дозволяє забезпечити аеробні умови процесу й управляти температурою субстрату за допомогою випар­ного охолодження.

Керування процесом здійснюється за допомогою системи вен­тиляції з використанням рециркуляції. Температура й вміст кисню є регульованими параметрами. У гнізді CLAUHAN здійснюється двох-позиційне керування системою вентиляції. Пристрій має дат­чик вмісту С02 і датчик температури. При досягненні концентраці­єю С02 у газовім середовищі біореактору значення 5 об. % відбу­вається перемикання на подачу свіжого повітря до досягнення кон­центрацією С02 значення 2 об. % [11, 43]. При досягненні нижньої границі концентрації С02 відбувається повернення в режим рецир­куляції. Таке керування приводить до значних втрат теплоти екзо­термічної реакції, особливо на стадії розігріву, коли активність ме­

таболізму й, отже, екзотермічне тепловиділення незначне. Це ви­кликає необхідність додаткового підігріву субстрату на стадії сані — таризації; або зниження температури субстрату й зменшення кіль­кості частки розкладених органічних речовин внаслідок температу­рної залежності швидкості процесу перероблення органічних від­ходів.

У роботі [253-255] розроблена математична модель біореакто­ру перероблення органічних відходів CLAIJHAN на основі моделі Xora (Haug) [2, 253] і балансів маси та енергії біореактору. Гарний збіг експериментальних даних і результатів розрахунків моделі по­казала модель із налаштованими коефіцієнтами, вона може викори­стовуватися для дослідження впливу керування на процес перероб­лення органічних відходів

Таким чином, у цей час питання оптимального керування сис­темою вентиляції при періодичному процесі перероблення органіч­них відходів в біореакторі не досліджений. Існуючі системи керу­вання не використовують математичну модель процесу перероб­лення органічних відходів при виробленню керуючого впливу і мають недоліки, що приводять або до ускладнення системи, до до­даткових витрат по керуванню процесом і зниженню якості одер­жуваного продукту.

Комментарии запрещены.