Техноварианты
Разработано три технологии получения биогаза: непрерывная, сменная и периодическая.
При непрерывной ферментации сырье в резервуар загружается постоянно или порциями (с небольшим перерывом). Одновременно подается свежая масса и идет отток перебродившей. Консистенция свежего сырья должна быть жидкой или полужидкой. Оптимальное соотношение — 90% воды и 10% сухого вещества. По такой технологии лучше всего перерабатывать навоз крупного рогатого скота, свиней и птицы.
При сменной ферментации несколько резервуаров по очереди заполняют сырьем. В заполненном резервуаре процесс брожения происходит от 8 недель до нескольких месяцев. Затем резервуар освобождают от сброженной массы, оставив в нем небольшое количество биошлама для прививки бактерий при последующей загрузке. Чем больше резервуаров, тем короче перерывы между циклами выработки газа. При этой технологии нет необходимости в тщательной подготовке сырья перед загрузкой, но она требует вложений. Поскольку наиболее дорогой частью биогазовой установки является резервуар-метантенк, то стоимость технологии весьма значительна.
Биошлам, оставшийся после сбраживания биосырья, — более ценное органическое удобрение, чем навоз. Питательные вещества из биошлама легче усваиваются растениями, он почти не имеет запаха. В нем практически нет или сильно угнетены болезнетворные бактерии и семена сорняков. Удобряя им почву, можно уменьшить затраты на химические средства подкормки и защиты растений.
Периодическая ферментация производится в одном резервуаре, который после окончания процесса сбраживания освобождают. По этой технологии сбраживают густое сырье (навоз). Такая установка значительно дешевле, чем установка для сменной ферментации, однако перерывы в получении газа более значительны.
Правила загрузки
Качество сырья, загружаемого в метантенк, должно отвечать следующим требованиям:
в нем не должно быть токсичных веществ (антибиотиков, пестицидов, дезинфицирующих средств и др.), способных замедлить процесс газообразования или даже погубить штаммы бактерий;
сырье не должно содержать крупных частиц соломы, перьев, шерсти, неорганических примесей — стекла, пластика, металла, песка и др., которые могут засорить резервуар метантенка и затруднить работу перемешивающего устройства;
сырье, особенно обрабатываемое по непрерывной технологии, должно быть однородным, хорошо измельченным (частицы 5—10 мм ).
Свой реактор
Основной частью установки является метантенк (реактор). Он должен:
— иметь абсолютную герметичность стенок, препятствующую газообмену;
— быть непроницаемым для жидкостей;
— иметь достаточную прочность корпуса;
— иметь совершенную теплоизоляцию;
— быть стойким к коррозии;
— легко загружаться и опорожняться;
— обеспечивать доступность внутреннего пространства для обслуживания.
Корпуса метантенков изготовляют из стеклопластика, бетона, дерева, металла (лучше всего нержавеющего).Чтобы иметь возможность контролировать ход реакции, резервуары оборудуют термометром и манометром. Кроме того, в высокотехнологичных установках должны быть предусмотрены:
резервуары и оборудование для сбора и подготовки сырья;
резервуары для биогаза (газгольдеры) и оборудование для очистки и учета количества выработанного биогаза;
резервуары и оборудование для сброженной массы.
Ориентировочно объем резервуара-ферментатора определяется из расчета 1,0 —1,5 м3 на одну голову крупного рогатого скота.
Работу биогазовых установок сравнительно легко автоматизировать (поддержание температуры в метантенке, перемешивание сырья, подача биомассы и др.). Из множества разработанных конструкций для применения в фермерских хозяйствах, на наш взгляд, наиболее подходят такие.
Домашний метантенк (рис.1) — наиболее простая установка. Он состоит из двух емкостей. В нижнюю емкость периодически загружают навоз для сбраживания с добавкой культуры метаногенных микроорганизмов. Верхняя емкость служит газгольдером, в котором скапливается газ. Масса газгольдера должна быть такой, чтобы обеспечить давление газа в нем 0,7—1 кПа для нормальной работы газовых приборов. По трубопроводу газ подается потребителю. Проще всего такой метантенк изготовить из двух бочек: нижняя — металлическая, а верхняя — деревянная. Верхнюю бочку легко герметизировать, вложив в нее полиэтиленовый мешок. Для обеспечения высокой скорости сбраживания нижнюю емкость нужно теплоизолировать, а биомассу подогревать. Такой метантенк можно соорудить с целью отработки технологии сбраживания и накопления опыта работы с биогазовыми установками.