|
БИОГАЗ:
И ГРЕЕТ, И ВАРИТ .
ЧТО
ТАКОЕ БИОГАЗ?
В последнее время все большее внимание
привлекают нетрадиционные - с технической точки зрения - источники энергии:
солнечное излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из
них - например ветер - находили широкое применение и в прошлом, а сегодня
переживают второе рождение. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз,
использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время.
Что же такое биогаз? Этим термином
обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть
происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических
веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в
течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений,
различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое
удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется
при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу
сельским жителям.
Биогаз - смесь газов. Его основные
компоненты: метан (СН4) - 55-70% и углекислый газ (СО2)
- 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например -
сероводород (H2S).
В среднем 1 кг органического вещества,
биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа,
0,2 кг
воды и 0,3 кг неразложимого остатка.
ФАКТОРЫ,
ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО БИОГАЗА .
Поскольку разложение органических
отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий,
существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество
вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем
теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Именно
поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах
с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и
подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в
районах, где температура зимой опускается до - 20°. Существуют определенные
требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий,
содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом
количестве воду (90-94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без
веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков,
антибиотиков.
Для получения биогаза можно использовать
растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе
ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три
фракции. Верхняя - корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых
поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно
твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора
скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.
Бактерии наиболее активны в средней
зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать -
хотя бы один раз в сутки, а желательно - до шести раз. Перемешивание может
осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими
средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической
системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов
самоперемешивания.
УСТАНОВКИ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА.
В Румынии генераторы биогаза получили
широкое распространение. Одна из первых- индивидуальных установок (рис. 1А)
была введена в эксплуатацию еще в декабре 1982 года. С тех пор она успешно
обеспечивает газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой
плите с тремя конфорками и духовкой.
Ферментатор находится в яме диаметром
около 4 м
и глубиной 2 м
(объем примерно 25 м3),
выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала
электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной
защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней
кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию
гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть
колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 м - из листовой
двухмиллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ,
Автор этого проекта выбрал вариант
собирания газа в отличие от других установок с помощью трубы, находящейся
внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления - к трем хозяйствам.
Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает
обледенение в зимнее время.
Ферментатор загружается примерно 12 м3 свежего
навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления соды).
Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения.
Похожую компоновку имеет еще одна
установка (рис. 1б). Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное
поперечное сечение размерами 2X2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована
железобетонными плитами толщиной 10-12 см, оштукатурена цементом и покрыта для
герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная,
колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках» свободно
скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном
резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.
При первом наполнении в ферментатор было
загружено 8 м3
свежего коровьего навоза, а сверху залито примерно 400 л коровьей мочи. Через
7-8 дней установка уже полностью обеспечивала владельцев газом.
Аналогичную конструкцию имеет и
генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м3 смешанного навоза (от коров,
овец и свиней). Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную
работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.
Еще одна установка отличается любопытной
конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с
помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные и между
собой (рис. 2). В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается
под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления
опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора
размером 2x2x1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при
увеличении полезного объема установки до 1 м3 можно получить количество
биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта
установки - устройство колокола Ø138 см и высотой 150 см из прорезиненного
полотна, применяемого для изготовления надувных лодок. Ферментатор
представляет собой металлический резервуар Ø140x300 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол
вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см для обеспечения
гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу. В верхней части
разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему
газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды.
Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается
с горячей водой. Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья
90% и температуре 30-35°.
Для обогрева ферментатора используется и
эффект теплицы. Над емкостью сооружается металлический каркас, который
покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она
сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.
В Румынии генераторы биогаза
используются и в государственных или кооперативных хозяйствах. Вот один из
них. Он имеет два ферментатора емкостью по 200 м3,
закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой (рис. 3). Зимой навоз обогревается
горячей водой. Производительность установки составляет 300-480 м3 газа в
день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей
местного агропромышленного комплекса.
ПРАКТИЧЕСКИЕ
СОВЕТЫ.
Как уже отмечалось, решающую роль в
развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15 до 20°
может вдвое увеличить производство энергоносителя. Поэтому часть генераторов
имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не
оборудовано ею; они используют лишь тепло, выделяемое в процессе самого
разложения органических веществ. Одним из важнейших условий нормальной работы
ферментатора является наличие надежной теплоизоляции. Кроме того, необходимо
свести к минимуму потери тепла при очистка и наполнении бункера ферментатора.
Необходимо помнить также о необходимости
обеспечения биохимического равновесия. Иногда темпы производства бактериями
кислот выше, чем темпы их потребления бактериями второй группы. В этом случае
кислотность массы растет, а выработка биогаза снижается. Положение может быть
исправлено либо уменьшением ежедневной порции сырья, либо увеличением его
растворимости (по возможности, горячей водой), либо, наконец, добавкой
нейтрализующего вещества - например известкового молока, стиральной или
питьевой соды.
Производство биогаза гложет уменьшиться
за счет нарушения соотношения между углеродом и азотом. В этом случае в
ферментатор вводят вещества, содержащие азот, - мочу или в небольшом
количестве соли аммония, используемые обычно в качестве химических удобрений
(50 - 100 г
на 1 m3
сырья).
Следует помнить, что высокая влажность и
наличие сероводорода (содержание которого в биогазе может достигать 0,5%)
стимулируют повышенную коррозию металлических частей установки. Поэтому
состояние всех остальных элементов ферментатора следует регулярно
контролировать и в местах повреждении тщательно защищать: лучше всего
свинцовым суриком - в один или два слоя, а затем еще двумя слоями любой
масляной краски.
В качестве трубопровода для
транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верхней части колокола
установки до потребителя могут использоваться как трубы (металлические или
пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой
траншее, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся
воды. Если же транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по
воздуху, то для отвода конденсата необходимо специальное устройство. Самая
простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку,
присоединенную к шлангу в самой нижней его точке (рис. 4). Длина свободной
ветви трубки (х) должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного
столба давление биогаза. По мере того как в трубку стекает конденсат из
трубопровода, вода выливается через ее свободный конец без утечки газа.
В верхней части колокола целесообразно
также предусмотреть патрубок для установки манометра, чтобы по величине
давления судить о количестве накопленного биогаза.
Опыт эксплуатации установок показал, что
использование в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше
биогаза, чем при загрузке ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья
рекомендуется немного уменьшать зимой (до 88-90%) и повышать летом (92 -
94%). Вода, которую используют для разбавления, должна быть теплой
(желательно 35-40°). Сырье подается порциями, по крайней мере один раз в
сутки. После первой загрузки ферментатора нередко сначала вырабатывается
биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэтому не горит. Этот
газ удаляют в атмосферу, и через 1-3 дня установка начнет функционировать
нормально.
журнала «Техниум», СРР
|