Найпростіша установка для отримання біогазу

Найпростіша установка для отримання біогазу.
Останнім часом все більшу увагу привертають нетрадиційні, з технічної точки зору, джерела енергії: сонячне випромінювання, морські приливи і хвилі і багато іншого. Деякі з них, наприклад вітер, знаходили широке застосування і в минулому, а сьогодні переживають друге народження. Одним з «забутих» видів сировини є і біогаз, який використовували ще в Древньому Китаї і знову «відкритий» в каші час.

Що ж таке біогаз? Цим терміном позначають газоподібний продукт, одержуваний в результаті анаеробної, тобто що відбувається без доступу повітря, ферментації (перепревания) органічних речовин різного походження. У будь-якому селянському господарстві протягом року збирається значна кількість гною, бадилля рослин, різних відходів. Зазвичай після розкладання їх використовують як органічне добриво. Однак мало хто знає, яка кількість біогазу та тепла виділяється при ферментації. Але ж ця енергія теж може послужити хорошу службу сільським жителям.
Біогаз - суміш газів. Його основні компоненти: метан (CH4) - 55-70% і вуглекислий газ (СО2) - 28-43%, а також в дуже малих кількостях інші гази, наприклад - сірководень (H2S).
В середньому 1 кг органічної речовини, біологічно розкладені на 70%, виробляє 0,18 кг метану, 0,32 кг вуглекислого газу, 0,2 кг води і 0,3 кг нерозкладного залишку.
Фактори, що впливають на виробництво біогазу. Оскільки розкладання органічних відходів відбувається за рахунок діяльності певних типів бактерій, істотний вплив на нього робить навколишнє середовище. Так, кількість газу, що виробляється в значній мірі залежить від температури: чим тепліше, тим вище швидкість і ступінь ферментації органічної сировини. Саме тому, ймовірно, перші установки для отримання біогазу з'явилися в країнах з теплим кліматом. Однак застосування надійної теплоізоляції, а іноді і підігрітої води дозволяє освоїти будівництво генераторів біогазу в районах, де температура взимку опускається до -20 ° С. Існують певні вимоги і до сировини: воно повинно бути відповідним для розвитку бактерій, містити біологічно розкладається органічна речовина і у великій кількості воду (90-94%). Бажано, щоб середовище була нейтральною і без речовин, що заважають дії бактерій: наприклад, мила, пральних порошків, антибіотиків.
Для отримання біогазу можна використовувати рослинні та господарські відходи, гній, стічні води і т. П. В процесі ферментації рідина в резервуарі має тенденцію до поділу на три фракції. Верхня - кірка, утворена з великих частинок, захоплюємося піднімаються бульбашками газу, через деякий час може стати досить твердою і буде заважати виділенню біогазу. У середній частині ферментатора накопичується рідина, а нижня, грязеобразная фракція випадає в осад.
Бактерії найбільш активні в середній зоні. Тому вміст резервуара необхідно періодично перемішувати - хоча б один раз на добу, а бажано - до шести разів. Перемішування може здійснюватися за допомогою механічних пристроїв, гідравлічними засобами (рециркуляція під дією насоса), під напором пневматичної системи (часткова рециркуляція біогазу) або за допомогою різних методів самоперемешіванія.
Установки для отримання біогазу. У Румунії генератори біогазу отримали широке поширення. Одна з перших індивідуальних установок (рис.1) була введена в експлуатацію ще в грудні 1982 року. З тих пір вона успішно забезпечує газом три сусідні сім'ї, які мають кожна по звичайній газовій плиті з трьома конфорками і духовкою.
Ферментатор знаходиться в ямі діаметром близько 4 м і глибиною 2 м (об'єм приблизно 21 м3), викладеної зсередини покрівельним залізом, звареним двічі: спочатку електричним зварюванням, а потім, для надійності, газової. Для антикорозійного захисту внутрішня поверхня резервуара покрита смолою. Зовні верхньої кромки ферментатора зроблена кільцева канавка з бетону глибиною приблизно 1 м, що виконує функцію гідрозатвори; в цій канавці, заповненій водою, ковзає вертикальна частина дзвону, який закриває резервуар. Дзвін заввишки близько 2,5 м - з листової двохміліметрової стали. У верхній його частині і збирається газ.
Автор цього проекту вибрав варіант збирання газу в відрізнивши від інших установок за допомогою труби, що знаходиться всередині ферментатора і має три підземних відгалуження - до трьох господарствам. Крім того, вода в канавці гідрозатвори проточна, що запобігає обмерзання в зимовий час.
Ферментатор завантажується приблизно 12 м3 свіжого гною, поверх якого виливається коров'яча сеча (без додавання води. Генератор починає працювати через 7 днів після наповнення.
Схожу компоновку має ще одна установка (рис. 1Б). Її ферментатор зроблений в ямі, що має квадратний поперечний переріз розмірами 2х2 і глибиною приблизно 2,5 м. Яма облицьована залізобетонними плитами товщиною 10-12 см, оштукатурена цементом і покрита для герметичності смолою. Канавка гідрозатвори глибиною близько 50 см також бетонна, дзвін зварений з покрівельного заліза і може на чотирьох «вушках» вільно ковзати по чотирьом вертикальних напрямних, встановленим на бетонному резервуарі. Висота дзвони приблизно 3 м, з яких 0,5 м занурене в канавку.

Мал. 1 Схема установки для отримання біогазу. А - з конічним дзвоном, Б з пірамідальним дзвоном
1 -яма ферменту з сировиною, 2 - дзвін, 3 - випускний патрубок, 4 - трубопровід (шланг) подачі біогазу, 5 канавка гідрозатвори з водою

При першому наповненні в ферментатор було завантажено 8 м3 свіжого коров'ячого гною, а зверху запите приблизно 400 л коров'ячої сечі. Через 7 8 днів установка вже повністю забезпечувала власників газом.
Аналогічну конструкцію має і генератор біогазу, розрахований на прийом 6 м3 змішаного гною (від корів, овець і свиней). Цього виявилося достатньо, щоб забезпечити нормальну роботу газової плити з трьома конфорками і духовкою.
Ще одна установка відрізняється конструктивною деталлю: поруч з ферментатором укладені приєднані до нього за допомогою Т-образного шланга три великі тракторні камери, з'єднані і між собою (рис. 2).

Мал. 2 розбухає резервуар з тракторних камер
У нічний час, коли біогаз не використовується і накопичується під дзвоном, виникає небезпека, що останній через надлишкового тиску перекинеться. Гумовий резервуар служить додатковою ємністю. Ферментатора розміром 2х2x1,5 м цілком достатньо для роботи двох пальників, а при збільшенні корисного об'єму установки до 1 м3 можна отримати кількість біогазу, достатню і для обігріву житла. Особливість цього варіанту установки - пристрій дзвони 138 см і висотою 150 см з прогумованого полотна, що застосовується для виготовлення надувних лoдок. Ферментатор являє собою металевий резервуар 140х380 см і має об'єм 4,7 м3. Дзвін вводиться в знаходиться в ферментаторі гній на глибину не менше 30 см для забезпечення гідравлічного заслону виходу біогазу в атмосферу. У верхній частині розбухає резервуара передбачений кран, з'єднаний зі шлангом; по ньому газ надходить до газової плити з трьома конфорками і колонці для нагріву води. Щоб забезпечити оптимальні умови для роботи ферментатора, гній змішується з гарячою водою. Найкращі результати установка показала при вологості сировини 90% і температурі 30-35 °.
Для обігріву ферментатора використовується і ефект теплиці. Над ємністю споруджується металевий каркас, який покривають поліетиленовою плівкою: при несприятливих погодних умовах вона зберігає тепло і дозволяє помітно прискорити процес розкладання сировини.
У Румунії генератори біогазу використовуються і в державних або кооперативних господарствах. Ось один з них. Він має два ферментатора ємністю по 203 м3, закритих каркасом з поліетиленовою плівкою (рис. 3). Взимку гній обігрівається гарячою водою. Продуктивність установки складає 300-480 м3 газу в день. Такої кількості цілком вистачає для забезпечення всіх потреб місцевого агропромислового комплексу.

Мал. 3 Схема установки для отримання біогазу підвищеної продуктивності
1 трубопровід виходу біогазу, 2 - дзвін, 3 - корпус ферментаторі, 4 - сировина, 5-система підігріву сировини, 6 -раскоси металевої конструкції дзвони, 7 - напрямна труба дзвони, 8 - металевий каркас теплиці, 9 - трубопровід подачі гарячої води

Практичні поради. Як уже зазначалося, вирішальну роль. в розвитку процесу ферментації грає температура: нагрів сировини з 15? до 20 ° може вдвічі збільшити виробництво енергоносія. Тому часто генераторів має спеціальну систему підігріву сировини, проте більшість установок не обладнане нею; вони використовують лише тепло, що виділяється в процесі самого розкладання органічних речовин. Одним з найважливіших умов нормальної роботи ферментатора є наявність надійної теплоізоляції. Крім того, необхідно звести до мінімуму втрати тепла при очищенні та наповненні бункера ферментатора.
Необхідно пам'ятати також про необхідність забезпечення біохімічної рівноваги, Іноді темпи виробництва бактеріями кислот вище, ніж темпи їх споживання бактеріями другої групи, В цьому випадку кислотність маси зростає, а вироблення біогазу знижується. Положення може бути виправлено або зменшенням щоденної порції сировини, або збільшенням його розчинності (по можливості, гарячою водою), або, нарешті, добавкою нейтралізуючої речовини - наприклад вапняного молока, пральної або питної соди.
Виробництво біогазу гризе зменшитися за рахунок порушення співвідношення між вуглецем і азотом. В цьому випадку в ферментатор вводять речовини, що містять азот, - сечу або в невеликій кількості солі амонію, що використовуються зазвичай як хімічних добрив (50 - 100 г на 1 м3 сировини).
Слід пам'ятати, що висока вологість і наявність сірководню (вміст якого в біогазі може досягати 0,5%) стимулюють підвищену корозію металевих частин установки. Тому стан всіх інших елементів ферментатора слід регулярно контролювати і в місцях пошкоджень ретельно захищати: найкраще свинцевим суриком - в один або два шари, а потім ще двома шарами будь олійної фарби.
Як трубопроводу для транспортування біогазу від випускного патрубка у верхній частині дзвони установки до споживача можуть використовуватися як труби (металеві або пластмасові), так і гумові шланги. Їх бажано вести в глибокій траншеї, щоб виключити розриви через замерзання взимку конденсованої води. Якщо ж транспортування газу за допомогою шланга здійснюється по повітрю, то для відводу конденсату необхідно спеціальний пристрій. Найпростіша схема такого пристосування являє собою U-подібну трубку, приєднану до шланга в найнижчій його точці (рис. 4). Довжина вільної гілки трубки (х) повинна бути більше, ніж виражене в міліметрах водяного стовпа тиск біогазу. У міру того як в трубку стікає конденсат з трубопроводу, вода виливається через її вільний кінець без витоку газу.

Мал. 4 Схема пристрою для відвалу конденсованої води
1 - шланг подачік біогазу, 2 - U-подібна трубка, 3 - конденсована вода
У верхній частині дзвони доцільно також передбачити патрубок для установки манометра, щоб за величиною тиску судити про кількість накопиченого біогазу.
Досвід експлуатації установок показав, що використання в якості сировини суміші різних органічних речовин дає більше біогазу, ніж при завантаження ферментатора одним з компонентів. Вологість сировини рекомендується трохи зменшувати взимку (до 88-90%) і підвищувати влітку (92-94%). Вода, яку використовують для розведення, повинна бути теплою (бажано 35-40 °). Сировина подається порціями, по крайней мере один раз на добу. Після першого завантаження ферментатора нерідко спочатку виробляється біогаз, який містить більше 60% вуглекислого газу і тому не горить. Цей газ видаляють в атмосферу, і через 1 -3 дня установка почне функціонувати нормально.

Опубліковано:
За матеріалами журналу «Техніум», СРР
"Моделіст-конструктор", №1 / 1987