И.С. Васильева, С.В. Баканова
Пензенский
государственный университет архитектуры и
строительства, Россия
Альтернативный энергоноситель
- биогаз
Среди
важных составляющих нашей жизни большое значение имеют энергоносители, цены на
которые с течением времени заметно повышаются. На зимний сезон приходятся
наибольшие расходы на отопление, а значит, на топливо для
печей и отопительных котлов. Между тем альтернативное отопление, не зависимое
от каких-либо поставщиков и тарифов, можно построить на биогазе, добыча
которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего
насосного оборудования.
Биогаз можно получить в практически домашних условиях, вложив при этом
минимальные, быстро окупаемые затраты .
Биогаз - это газовая смесь, состоящая в
основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от
15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Прежде всего, выход
биогаза с высоким содержанием метана зависит от температуры. Активность
бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их
среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается
полностью. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на
альтернативной топливо, потребует теплоизоляцию биореактора и введение теплой
воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже
нулевой отметки.
Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически
разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды — до
90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды,
отсутствие в ее составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде
чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков. Биогаз можно получить из
практически любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных
вод, навоза и т.д.
Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к
30 — в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого
газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.
Биогазовые установки состоят из следующих основных
элементов — реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер
выгрузки ферментированной органики.
По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:
·
без обогрева и без промешивания
ферментируемой органики в реакторе;
·
без обогрева, но с промешиванием
органической массы;
·
с обогревом и промешиванием;
·
с обогревом, с промешиванием и с приборам,
позволяющими контролировать и управлять процесс ферментации.
Биогазовая установка первого типа подходит для небольших нагрузок и рассчитана на психрофильные бактерии:
внутренний объем биореактора 1-10 м3 (переработка 50-200 кг органических
удобрений за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не
хранится — сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам. Такую
установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на
внутреннюю температуру 5-20 °С. Удаление ферментированной (сброженной) органики
производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в
емкость, объем которой должен быть равным или больше внутреннего объема
биореактора. Содержимое емкости храниться в ней до введения в удобряемую почву.
Производительность конструкции второго типа несколько выше биогазовых
установок первого типа — в ее оснащение входит перемешивающее устройство с
ручным или механическим приводом.
Третий тип биогазовых установок оснащен помимо промешивающего устройства принудительным
обогревом биореактора, водогрейный котел при этом работает на альтернативном
топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких
установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от
интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.
Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на
нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся
электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котел,
компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый
редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают
непрерывно, допускают установку любого из трех температурных режимов благодаря
точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом
режиме.
Емкость биореактора требуется оборудовать
люком, с помощью которого можно выполнять ремонтные и профилактические работы.
Между корпусом биореактора и крышкой люка необходимо проложить резиновую
прокладку или слой герметика. Необязательным, но крайне удобным будет оснащение
биореактора датчиком температуры, внутреннего давления и уровня органического
субстрата.
Отсутствие теплоизоляции не позволит эксплуатировать биогазовую установку
круглый год, лишь в теплое его время. Для утепления заглубленного или
полузаглубленного биореактора используется глина или шлак. Укладка утеплителя
выполняется слоями — при установке заглубленного реактора котлован
перекрывается слоем пвх-пленки, препятствующей прямому контакту теплоизоляционного
материала с почвой.