Разновидности биогазовых установок

Установки для производства биогаза из органических отходов обычно подразделяют на четыре основных типа:

* без подвода тепла и без перемешивания сбраживаемой биомассы:

* без подвода тепла, но с перемешиванием сбраживаемой массы;

* с подводом тепла и с перемешиванием биомассы;

* с подводом тепла, с перемешиванием биомассы и со средствами контроля и управления процессом сбраживания.

Понятно, что обязательные компоненты биогазовой ус­тановки — сам биореактор и газгольдер для сбора биогаза, ну а устройства для подогрева биомассы, ее перемешива­ния, а также средства контроля — вещи весьма полезные, но можно обойтись и без них.

БИОРЕАКТОР

Биореактор — основа любой биогазовой установки, и к его конструкции предъявляются достаточно жесткие требо­вания. Так, корпус биореактора должен быть достаточно про­чен при абсолютной герметичности его стенок. Обязательны хорошая теплоизоляция стенок и их способность надежно противостоять коррозии. При этом необходимо предусмотреть возможность загрузки и опорожнения реактора, а также доступ к его внутреннему пространству для обслуживания.

Формы реакторов весьма разнообразны. Так, с точки зрения создания наиболее благоприятных условий для пе­ремешивания жидкого субстрата, накапливания газа, отво­да осадков и разрушения образующейся корки целесообраз­но использование резервуара, формой напоминающего яйцо. Крупные реакторы такой формы обычно сооружают из бетона, поэтому для них характерна высокая стоимость изготовления, что существенно ограничивает их применение. Зато подсобные реакторы меньших объемов достаточно нес­ложно выполнить из стеклопластика, то есть из полиэфир­ной смолы, армированной стекловолокном, и обходятся они не так уж и дорого.

Для цилиндрического резервуара с конусными верхней и нижней частями, как и для яйцеобразного, характерны не­большое пространство для накопления газа, ограниченный объем плавающей корки, а также хороший отвод шлама. Од­нако в подобных реакторах создаются менее благоприятные условия для перемещения жидкого субстрата. Резервуары большого объема такой формы, используемые в комму­нальных установках для очистки и разложения стоков, как и реакторы в форме яйца, изготовляют из бетона. Однако «ци­линдрические» реакторы несколько дешевле. В индивиду­альных хозяйствах реакторы вышеуказанной формы, но, естественно, меньшей вместимости, делают из стали или из стеклопластика. Кстати, в реакторах из стеклопластика легче достичь лучших условий перемещения субстрата.

 

Рисунок 2

Наиболее распространённые типы резервуаров биореакторов
а- в виде яйца, б- цилиндрический с конусными верхней и нижней частями, в- цилиндрический, г- цилиндрический с перегородкой, д-в виде паралелепипида (с перегородкой), е- цилиндрический (наклонно расположенный), ж- траншея в грунте (с крышкой).

 

Цилиндрические резервуары относительно просты в изготовлении, что объясняется обширным опытом строитель­ства емкостей для сельскохозяйственных целей (стальные, бетонные, стеклопластиковые цистерны-бункера для сило­са и других кормов). Однако по сравнению с резервуарами предыдущих форм в цилиндрическом резервуаре невозможно организовать достаточно хорошие условия для переме­щения субстрата, при этом приходится считаться с более высокими затратами на удаление осадка и разрушение пла­вающей корки, что связано с увеличением расхода энергии на перемешивание массы.

Рисунок 3

Двухкамерная биогазовая установка проточного типа 1-насос; 2-приёмная камера; 3-бродильная камера; 4-перемешивающее устройство; 5-нагреватель; 6-камера дображивания; 7-сборник сброженной массы; 8-шнек.

 

Если резервуар цилиндрической формы разделить по­перечной вертикальной перегородкой на две камеры, то мож­но организовать систему получения биогаза с поочередным использованием камер резервуара. Причем строительство резервуара с перегородкой обойдется дешевле, чем соору­жение двух отдельных резервуаров. Заметим также, что при такой компоновке уменьшается значение теплоизоляции на­ружных стенок резервуара, а в перегородку, выполняемую из достаточно теплопроводного материала, не очень сложно встроить какое-либо нагревательное устройство, что прида­ет установке дополнительные конструктивные выгоды.

 

Рисунок 4
Траншейная биогазовая установка 1-помещение для животных; 2-биореактор; 3-мешалка; 4-грейфер; 5-хранилище для сброженного навоза; 6-газгольдер.

 

В простых, большей частью небольших, биогазовых ус­тановках, сооружаемых собственными силами, обычно бро­дильная камера имеет форму параллелепипеда (бассейн или яма с крышкой). Для повышения эффективности такой реак­тор перегораживают вертикальной стенкой, создавая глав­ную бродильную камеру и камеру для окончательного сбраживания и осаждения шлама. Правда, установки подобного типа не позволяют достичь высокой степени разложения суб­страта, так как в них практически невозможно обеспечить ни равномерное перемешивание массы, ни управление загруз­кой рабочего объема камеры, ни соблюдение времени пре­бывания массы в реакторе, что необходимо для получения максимального количества газа. Да и разрушение плаваю­щей корки и осадка связано здесь с большими затратами.

В горизонтально расположенном резервуаре субстрат перемешивается в продольном направлении. Здесь для не­больших установок пригодны цилиндрические реакторы из стали или стеклопластика. Горизонтальные резервуары зна­чительной вместимости имеют форму параллелепипеда, и выполняют их из бетона.

Наклонное расположение таких резервуаров облегчает отекание шлама к выгрузочному отверстию. Такая конструк­ция удобна для размещения простейшего перемешивающего механизма.

Резервуар в виде вырытой в грунте траншеи позволяет обрабатывать большие количества субстрата. В качестве строительного материала для стенок реактора используют, как правило,бетон.

Теперь более подробно рассмотрим устройство неко­торых видов биогазовых установок, уже применяющихся в практике. Сейчас на основе резервуара в форме параллеле­пипеда с перегородкой разработана и надежно действует двухкамерная биогазовая установка проточного типа, где

 

Рисунок 5

Траншейная биогазовая установка 1-эластический сборник; 2-плиты из пенопласта; 3-бродильная камера; 4-нагреватель (бойлер).

 

 

Рис. 6.

Эластичный биореактор

субстрат направляется сначала в одну часть резервуара (бро­дильную камеру), а затем самотеком поступает в другую часть (камеру дображивания). Для повышения эффективности ра­боты такая установка снабжена перемешивающим устрой­ством в бродильной камере, нагревателем, шнеком для уда­ления крупных включений в осадке.

Все большее распространение получают траншейные биогазовые установки. Возьмем, например, траншейную ус­тановку из ФРГ. Здесь прямо из помещения, где содержат животных, навоз, разведенный водой, идет в биореактор, в котором сбраживается. В установке предусмотрены механи­ческое перемешивание субстрата и грейфер для погрузки сброженного навоза.

В другой траншейной установке (США) свежий жидкий навоз поступает в бродильную камеру сверху, а подогретая вода —• снизу. Газосборник установки эластичный, а на по­верхности сбраживаемого субстрата для теплоизоляции рас­положены пенопластовые плиты.

Обратим еще внимание читателей на эластичные реак­торы, обычно используемые в странах Юго-Восточной Азии. Подобные реакторы (емкости) делают из плотной прорезинен­ной ткани или из синтетической пленки. Для организации работы таких биореакторов их приходится либо заглублять в грунт, либо помещать внутри достаточно прочного «кругового» ограждения.