Павел Северилов - Биогаз для чайников

Размер (объем) реактора подбирают в соответствии с объемом ежесуточных фекальных стоков. Этот объем также зависит от температурного режима. Если температуры грунта вокруг реактора не опускается ниже 300C, то внутри реактора будет происходить анаэробное брожение в мезофильном режиме. Длительность цикла такого брожения лежит в пределах двух-четырех недель. Соответственно, объем реактора должен быть больше 14 суточных доз стоков. Если температура в глубине земли составляет 20-250С, то будет происходить психрофильное брожение. В этом случае объем реактора надо удвоить.

Процесс протекает следующим образом:

Фекальные стоки стекают по входной трубе в реактор. При этом аналогичное количество шлама поднимается со дна реактора и выталкивается в буферную емкость через выходную трубу. В процессе брожения выделяется биогаз и поднимается под свод купола реактора. Если через выходную биогазовую трубу к потребителю поступает меньше газа, чем его вырабатывается, то уровень субстрата в реакторе понижается, а во входной трубе и буферной емкости – повышается. Давление биогаза задается разностью уровней в буферной емкости и в реакторе. Купол реактора при этом условно можно назвать газгольдером. Рабочий объем этого газгольдера будет равен разнице объемов субстрата в реакторе в вернем и нижнем положении, в промежутке между которыми давление биогаза будет лежать в заданных пределах. Обычно для различных газовых горелок и котлов необходимо давление газа 0,013-0,030 атм, или 13-30 см водяного столба. В принципе можно допустить и давление до 0,050 атм, если его выдержит конструкция установки, потому что скорость истекания биогаза можно подрегулировать вентилем или редуктором.

Поскольку плотность субстрата близка к плотности воды, то можно считать, что разница уровней в реакторе и в буферном накопителе должна составлять 13-50 см.

Для того, чтобы давление биогаза внутри реактора не превысило верхнюю границу 0,05 атм, необходимо предусмотреть клапан, который стравит биогаз, если его давление превысит это значение. Как Вы понимаете, тысячу лет назад не было автоматических механических клапанов, калиброванных на заданное давление. Но задача, тем не менее, имеет простое решение. Верхний срез отверстия соединения входной трубы с реактором делается на высоте на 50 см ниже вершины стенок буферной емкости. Тогда, когда давление биогаза растет, уровень субстрата в реакторе понижается, поднимая уровень субстрата в буферной емкости. Излишек субстрата выливается из буферной емкости. Когда уровень субстрата внутри реактора опускается ниже верхнего среза отверстия входной трубы, излишек биогаза выходит наружу через входную трубу.

Для того чтобы избежать возможности попадания субстрата в биогазовую трубу, необходимо, чтобы уровень слива из буферной емкости находился ниже точки выхода биогазовой трубы из реактора, то есть, ниже вершины купола реактора. Поэтому, такие подземные реакторы удобно располагать на склоне, чтобы избежать лишних земляных работ.

При нормальной эксплуатации шлам из буферной емкости ежедневно вычерпываю в объемах, соответствующих объему принятых фекальных стоков. Шлам используют в качестве биоудобрения.

Конструкция эта достаточно простая, не требует дефицитных материалов. Но работать она будет только в теплом климате. Даже если сделать стенки такого реактора в виде термоса, чтобы теплоизолировать их от окружающего грунта, мы не сможем полностью исключить отток тепла в холодное время года. При падении температуры внутри реактора ниже 200C выделение биогаза практически прекратится.

Также у этой конструкции есть недостаток – на дне реактора постепенно скапливается песок, или прочие тяжелые осадки. Поэтому время от времени такой реактор надо вскрывать и чистить. Как Вы сами понимаете, во-первых, это усложняет конструкцию реактора, а во-вторых, сама процедура чистки – весьма грязная и трудоемкая.

8.2. Гибкий ферментатор.

Вторая достаточно древняя и простая конструкция – гибкая «кишка», расположенная в яме или свободно лежащая на земле. На концах такой «кишки» делаются входная и выходная трубы, через которые поступает субстрат и сливается шлам. Буферная емкость для шлама уже не нужна. Важно только, чтобы слив из выходной трубы находился ниже горловины заливной трубы. Такая труба тоже служит одновременно реактором и газгольдером. Но рабочий объем газгольдера в такой системе может быть очень большим. Если кишку выложить просто на ровную поверхность, субстрат будет пытаться растекаться в стороны внутри кишки, натягивая ее стенки, а они, в свою очередь будут создавать давление в биогазе внутри кишки. Таким образом, давление биогаза внутри кишки будет задаваться уровнем субстрата внутри нее. А этот уровень, в свою очередь будет зависеть от длины кишки, ее диаметра и объема субстрата внутри нее. Объем субстрата задается уровнем слива из выходной трубы. Рабочий объем газгольдера этого реактора будет очень большим, приемлемое давление биогаза будет поддерживаться в очень широких пределах изменения объема биогаза внутри кишки. Поэтому такая конструкция хорошо подходит для летнего периода, когда потребность в биогазе возникает эпизодически.

В наше время удобно делать такую конструкцию из тепличной пленки, которая продается в виде трубы. Для надежности можно вложить одну трубу в другую, чтобы уменьшить вероятность разрыва. Стоимость такой пленки из полиэтилена очень низкая. Желательно брать пленку черного цвета. Подстилающая поверхность должна быть ровной без острых фрагментов. Если грунт сильно остывает, то надо подложить слой утеплителя.

Выходную и выходную трубы можно заменить гидрозатворами, которыми будут заканчиваться концы кишки. Через один из гидрозатворов можно пропустить газовую трубу, чтобы не нарушать целостность стенок кишки.

Недостатком такой конструкции является большая занимаемая площадь, ведь уровень субстрата в свободно лежащей кишке не буде подниматься выше 30 см, чтобы избыточное давление не порвало кишку. Выход есть в усовершенствовании конструкции. Необходимо сделать по всей длине кишки канаву, куда опустится часть кишки. Но часть кишки будет расплескиваться по краям канавы, формируя газгольдер. Такое решение позволяет и сэкономить площадь, и сохранить относительно высокий рабочий объем газгольдера. Но при этом надо укрепить стенки канавы от осыпания и теплоизолировать их, так как грунт на глубине уже может быть холодным. Также надо обеспечить защиту от попадания и скапливания осадков в этой канаве, так как они нарушат теплоизоляцию.